賈 文，李計志，盛長斌

（山西焦煤集團有限責任公司，山西太原 030000）

0 引言

空氣壓縮機是特別重要的一種設備。在煤礦生產(chǎn)制造這方面，有許多用于井下的設備，風鎬、風鉆等就是他們的代表，而且這些設備都是由空壓機來提供動力。所以說，保證空壓機長時間的有效正常工作，對于煤礦能否正常作業(yè)生產(chǎn)起到關(guān)鍵作用。由于空壓機是礦山生產(chǎn)不可缺少的動力裝置，必須24 h 不間斷地工作，不同時段需要不同操作員進行現(xiàn)場檢查，并記錄空壓機系統(tǒng)的運行狀態(tài)和主要運行參數(shù)。采用手動控制實現(xiàn)啟停控制，對空壓機進行上下料和對空壓機各種運行參數(shù)的監(jiān)測，需要大量的人力資源，另外，由于工作人員水平不同，因此空壓機系統(tǒng)的時效性和準確度也不盡相同，尤其是夜班操作人員存在注意力不集中現(xiàn)象，因此對空壓機進行及時、準確的檢查和登記是很困難的，而且隨著時間的推移，在空壓機故障的早期階段，無法檢測并解決可能對安全生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響的隱患。空壓機滿負荷工作時用的電量比較大，如果井下用風量比較小的時候，空壓機就不需要很長時間的滿負荷運轉(zhuǎn)運行，這樣會造成很多電能的浪費，造成很多沒有必要的經(jīng)濟損失。并且如果空壓機系統(tǒng)失效，無法及時核實排查和準確定位故障，喪失最佳的修理機會，勢必會減少空壓機的使用時間。因此，需針對空壓機工作研究一種遠程監(jiān)控技術(shù)，實時監(jiān)測空壓機工作狀態(tài)，若空壓機工作發(fā)生異常及時反饋，確?？諌簷C工作過程安全可靠。

遠程監(jiān)控技術(shù)在海外的研究起步比較早，斯坦福大學與麻省理工大學于1997 年聯(lián)合舉辦了第一次會議，這次會議的主要議題是關(guān)于遠程監(jiān)控診斷的，因為這次會議得到了福特、惠普、升陽等大量公司的關(guān)注，并且要在這方面給予支持，然后TESTBED 系統(tǒng)便由這些公司一起研究出，這種系統(tǒng)是實驗性的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，這個系統(tǒng)能做到實時的監(jiān)控對于遠程的網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)信息[1]。從此，世界各地的許多大公司和機構(gòu)開始對遠程監(jiān)控技術(shù)的綜合研究和設計，通過很長一段時間的研究，便建立了一套標準，是關(guān)于規(guī)范數(shù)據(jù)和信息處理這方面的，便于實現(xiàn)遠程監(jiān)控技術(shù)的過渡從理論研究到實際應用的發(fā)展[2]。

由于生產(chǎn)力水平不斷提高，海外有很多知名企業(yè)和研究機構(gòu)都開始致力于這方面的研究，就是遠程監(jiān)控空壓機技術(shù)，他們所研究出的空氣壓縮機遠程監(jiān)控系統(tǒng)性能十分穩(wěn)定而且實用性很強，例如丹麥B&K 所研究出的3540 遠程監(jiān)控系統(tǒng)，美國Bently 公司為了對空壓機核心的部位進行監(jiān)測，使用了多通道設置下沉監(jiān)測器、氣閥溫度監(jiān)測器、振動速度監(jiān)測器，伴隨著3300 空壓機遠程監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)解決了大型活塞空壓機遠程的實時監(jiān)控。

1 空壓機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和正常運轉(zhuǎn)步驟

空氣壓縮機的正常運轉(zhuǎn)主要包括三個系統(tǒng)，分別是氣路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、水路系統(tǒng)。這三個系統(tǒng)之間沒有必然的聯(lián)系是相互獨立的，而且各自密封，各有其獨立的作用，空氣壓縮機里面的結(jié)構(gòu)和正常運轉(zhuǎn)的步驟如圖1 所示。

（1）氣路系統(tǒng)?？諝獾玫絻艋怯蔀V清器來實現(xiàn)的，經(jīng)過濾清器后，經(jīng)過減壓閥就到了空壓機腔中，在這個地方和潤滑油混合，并且進行壓縮，將會在排氣口排出壓縮的潤滑油和空氣的混合物，分離的過程是由排氣逆止閥到油氣分離器里面，按照最小壓力閥、后冷卻器、水分離器這個順序依次通過，最終才將氣體排入到排氣的主管道。

（2）油路系統(tǒng)。潤滑油和氣體進行充分的混合并且壓縮，是在空壓機腔中完成的，使用油氣分離器把他們進行分離，然后經(jīng)過溫控閥和冷卻器，在油過濾器當中進行凈化，進入最后一個地方空壓機腔當中，那么這個工作過程就完成了一次循環(huán)，潤滑、冷卻、壓縮及環(huán)保是油路系統(tǒng)在整個空氣壓縮機工作當中起到的作用，油路系統(tǒng)是整個空氣壓縮機里面非常重要的一部分。

（3）水路系統(tǒng)。空氣壓縮機中壓縮氣體溫度和潤滑油溫度的降低，是靠空壓機水路系統(tǒng)來進行實現(xiàn)的，這個系統(tǒng)能夠保證整個空壓機的正常工作，避免出現(xiàn)很高的溫度對系統(tǒng)造成很大程度上的損傷。

2 空壓機控制原理及改造方案

2.1 空壓機現(xiàn)場控制原理

道清煤礦井下空壓機房4 臺空壓機都是英格索蘭制冷空壓機，其中2 臺已完成變頻控制改造，空壓機在啟動前需連接冷卻水泵，否則，空壓機切水功能將失去作用。當冷卻水泵發(fā)揮作用時，空壓機分4 個步驟進行控制。

（1）打開控件。啟動按鈕后，空壓機會在空載狀態(tài)下啟動。頭部空壓機吸力可以瞬間打開進氣閥，但同時也會立刻關(guān)閉。在手動加載空氣壓縮機之前，空氣壓縮機始終處于空載狀態(tài)。目前，空氣壓縮機不為主管道提供壓力。

圖1 空壓機內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程圖

（2）加載控件。將空壓機在空載狀態(tài)下啟動，隨著潤滑油溫度逐漸升高，當溫度到達70（約1 min），壓縮機的負載可以得到控制。此時手動將充電閥轉(zhuǎn)到加載位置，通過加載閥將壓力傳遞到氣閥內(nèi)使其頂開閥門。氣體從進氣閥進入到達空壓機壓縮腔內(nèi)，大氣壓力開始釋放到主管道，空壓機完成加載過程。

（3）卸載控制。如果地下空氣減少，則需要關(guān)閉空氣壓縮機。首先，拆除壓縮機，手動打開加卸載按鈕并將其轉(zhuǎn)到卸載位置。推動氣缸的進氣閥門。關(guān)閉輸入閥。氣體的壓縮機剩余壓力氣體向母管排出：當系統(tǒng)達到最大壓力，內(nèi)部壓力的空氣壓縮機將自動排放，避免過度壓力。當壓力降至最低壓力極限時，自動重新加載過程不需要手動控制。

（4）停機控制。空壓機排放后不能立即停止排放，排放變壓器內(nèi)大量高壓氣體仍未排放。如果此時關(guān)閉，導致閥內(nèi)高壓氣體無法排出，需要重新釋放氣體。空壓機的啟動相當于加載啟動，整個系統(tǒng)的功率損耗和有重大影響的性能增加，降低空氣壓縮機的使用壽命，卸載后的壓縮機，壓縮機的壓力低于安全等級，然后執(zhí)行停機操作。

2.2 空壓機控制系統(tǒng)改造方案

空壓機是礦山生產(chǎn)的主要力量，必須一天24 h 連續(xù)操作，在每一個時間配備不同的員工，為了控制和記錄空壓機的操作狀態(tài)和主要操作參數(shù)，實現(xiàn)手動控制啟動，卸載控制和操作參數(shù)監(jiān)測，由于工作人員的操作水平不同，還需要大量的人力，對生產(chǎn)產(chǎn)生影響，空氣壓縮機業(yè)務的實時可用性和準確性也不同，特別是由于操作人員經(jīng)常在晚上分心，所以他們檢查和記錄壓縮機時無法及時、準確地發(fā)現(xiàn)和處理空壓機故障風險，對安全生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。

通過對空壓機控制系統(tǒng)的分析，可以對4 種控制系統(tǒng)得到如下改進。

（1）在啟動按鈕上串聯(lián)常開按鈕，停機按鈕上并聯(lián)常閉按鈕，通過PLC 控制中間控制繼電器，遠程啟動和關(guān)閉空壓機。

（2）安裝在空壓機上的電磁閥與手動加載閥連接，實現(xiàn)空壓機的遠程加載功能。

（3）以PLC 為開發(fā)設備平臺，應用模糊PID 控制技術(shù)對空間壓縮機的調(diào)頻進行控制，保證壓力供氣的穩(wěn)定。

（4）手自控制變換。通過空壓機主管道壓力和壓縮機一次運行時長，設計停機邏輯順序，自動控制4 個壓縮機。

（5）將變壓器安裝在變壓器采集節(jié)點和冷卻泵上，保證變壓器技術(shù)參數(shù)的實時采集。

（6）上位機采用組態(tài)軟件生成空間壓縮機實時監(jiān)控圖像，實現(xiàn)遠程控制、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、邊界外預警、數(shù)據(jù)存儲和傳輸。

通過對空壓機控制系統(tǒng)的設計與改裝，實現(xiàn)對空壓機的智能遠程控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，實現(xiàn)空壓機穩(wěn)定運行和礦山的安全生產(chǎn)。

3 空壓機系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體機構(gòu)如圖2 所示，系統(tǒng)采用三級[3-4]垂直結(jié)構(gòu)框架，由PLC 控制的下位機擴展了大多數(shù)字測量單元和模擬收集單元，收集和處理由傳感器實時檢測到的參數(shù)，并使用邏輯集成信號程序來判斷收集到的信號。上位機使用開發(fā)的組態(tài)軟件和專家系統(tǒng)軟件，將空壓機遙感系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)進行構(gòu)建。下位機和上位機監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進行實時數(shù)據(jù)交換，對當下的環(huán)境，空氣壓縮機進行遠程控制和數(shù)據(jù)監(jiān)控[5]。

圖2 空壓機遠程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場控制盤上安裝人機觸摸屏，集中顯示每個空壓機系統(tǒng)的運行情況和參數(shù)，以便工作人員和檢查人員可第一時間了解和檢查空壓機設備的狀態(tài)。

空壓機房配置4 臺防爆現(xiàn)場攝像機，實現(xiàn)對空壓機房的多角度實時視頻監(jiān)控。視頻轉(zhuǎn)換器被現(xiàn)場記錄鎖定，通過以太網(wǎng)環(huán)傳輸?shù)降撞?，由視頻轉(zhuǎn)換器掃描，然后通過記錄傳輸?shù)缴衔粰C，以在空壓機室中得到實時遠程監(jiān)控圖像。

4 結(jié)束語

（1）通過分析空壓機應用場所研究現(xiàn)狀，對空壓機遠程監(jiān)控技術(shù)進行研究。

（2）以道清煤礦井下200 號空壓機房的4 臺英格索蘭水冷空壓機為研究背景，對其實際工作中的啟動、加載、卸載、停機的控制分別進行研究，并對空壓機控制系統(tǒng)改造，最終滿足遠程智能空壓機控制和實時數(shù)據(jù)監(jiān)控操作，確保空壓機安全持久的穩(wěn)定運行，并為礦井下安全生產(chǎn)提供有力的保障。

（3）針對空氣壓縮機設計整個系統(tǒng)，基于工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)下位機與上位機監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)空壓機的遠程控制和數(shù)據(jù)監(jiān)測，并且增加人機界面觸摸屏，對設備運行狀態(tài)以及運行參數(shù)進行集中顯示，確保工作人員能夠及時且全面掌握空壓機設備運行狀況，實現(xiàn)對空壓機設備遠程實時監(jiān)控。