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        礦井壓風(fēng)系統(tǒng)無人值守自動控制改造

        2021-10-21 12:30:48崔晉鋒
        機(jī)械管理開發(fā) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:壓風(fēng)空壓機(jī)上位

        崔晉鋒

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦,山西 晉城 048000)

        引言

        壓風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)過程中重要的系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的礦用壓風(fēng)系統(tǒng)自動化水平低,存在著過于依賴手動操作、操作人員勞動強(qiáng)度大、設(shè)備空載率大、系統(tǒng)故障維護(hù)困難、生產(chǎn)效率低等現(xiàn)象。隨著工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和PLC 技術(shù)的不斷普及,礦井壓風(fēng)自動控制系統(tǒng)正在逐步投入使用。這種現(xiàn)代化控制和監(jiān)測裝置,除完成壓風(fēng)機(jī)的單機(jī)控制外,還可以通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口與設(shè)置在壓風(fēng)機(jī)房的PLC 控制柜連接,由調(diào)度監(jiān)控指揮中心監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)等相關(guān)設(shè)備,最終實現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房的“無人化值守”[1],實現(xiàn)信息化、自動化控制,提高工作效率和可靠性。

        1 現(xiàn)場概況

        岳城煤礦空壓機(jī)房共安裝四臺壽力牌螺桿式空壓機(jī)(LS20-150H 和LS25S-300H 型各兩臺),通過操作顯示屏進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的顯示和控制。空壓機(jī)運行只能實現(xiàn)就地控制(可以自動加載、卸載),不能按照需求自動輪換運行,無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測,不具備數(shù)據(jù)信息共享,不利于安全運行管理。因此非常有必要對其進(jìn)行自動控制改造,以提升系統(tǒng)可靠性。

        2 研究內(nèi)容

        2.1 研究目標(biāo)

        對空壓機(jī)房進(jìn)行自動化改造,實現(xiàn)壓風(fēng)作業(yè)的自動化控制、數(shù)據(jù)采集、信息傳輸、故障報警、信息歸檔、報表生成等功能,實現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)房的就地自動化啟停壓風(fēng)機(jī)、遠(yuǎn)程監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制壓風(fēng)機(jī)無人值守的目的。

        2.2 方案確定

        根據(jù)方案設(shè)計思路,確定泵房自動化排水系統(tǒng)總體架構(gòu),具體如圖1 所示。

        由圖1 可知,系統(tǒng)總體劃分為三層結(jié)構(gòu),具體如下:

        圖1 系統(tǒng)總體框架圖

        1)管理層。即以工控機(jī)為主要設(shè)備的遠(yuǎn)程控制中心,通過局域辦公網(wǎng)對工控機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,并做好各類數(shù)據(jù)參數(shù)及指令的發(fā)送和終端反饋。

        2)傳輸層。該層主要通過環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、光纖等部件構(gòu)建以太環(huán)網(wǎng),將控制箱部分與壓風(fēng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的各類控制器、傳感器開關(guān)等裝置有效連接,保證各類指令數(shù)據(jù)傳輸可靠。

        3)控制層。該層是基于PLC 主控制器和各類傳感器、攝像儀、電動球閥和電動閘閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu),通過主站+分站模式,即通過主站控制各個分站,實現(xiàn)對壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程/就地自動啟停、自動輪換、故障智能切換、自動診斷功能[2]。

        3 壓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

        3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計

        由于壓風(fēng)機(jī)現(xiàn)由微型電子計算機(jī)控制器進(jìn)行控制,且預(yù)留有RS485 通信接口,設(shè)計通過其485 接口統(tǒng)一接入新配置的PLC 控制器,進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,同時,新PLC 控制器配置有以太網(wǎng)模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)PLC 控制器與觸摸屏和上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸,實現(xiàn)對壓風(fēng)機(jī)的監(jiān)測和控制,保證數(shù)據(jù)信息的正常傳輸。

        3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

        系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖2 所示。

        圖2 壓風(fēng)機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

        由圖2 可知,本視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置一定數(shù)量的攝像儀,可把整個壓風(fēng)機(jī)房及壓風(fēng)機(jī)配電室的圖像實時傳輸至調(diào)度中心,并能夠存儲錄像。在壓風(fēng)機(jī)房和壓風(fēng)機(jī)房運行室和配電室各增加一臺網(wǎng)絡(luò)高清攝像儀,攝像儀通過網(wǎng)線就近接入PLC 柜內(nèi)交換機(jī),實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控;同時自動化控制系統(tǒng)軟件中嵌入視頻圖像,當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)告警,上位機(jī)監(jiān)控畫面可自動彈出現(xiàn)場視頻圖像。實現(xiàn)控制系統(tǒng)和視頻圖像的聯(lián)動控制。

        3.3 上位機(jī)軟件設(shè)計

        地面控制中心的作用是遠(yuǎn)程監(jiān)控壓風(fēng)機(jī)房設(shè)備,系統(tǒng)已開放通信協(xié)議,地面監(jiān)控中心上的監(jiān)控主機(jī)能夠通過接入全礦井安全生產(chǎn)自動化控制網(wǎng),在調(diào)度中心即可掌握壓風(fēng)機(jī)房壓風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。上位機(jī)系統(tǒng)配置具有OPC 服務(wù)功能的加密鎖,在上位機(jī)軟件內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的OPC 驅(qū)動設(shè)置[3],并對上位機(jī)進(jìn)行必要的DECOM 設(shè)置,從而使得系統(tǒng)可以和其他具備OPC 通信功能的設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,豐富系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸途徑,為礦井后期的信息化建設(shè)打下基礎(chǔ)。

        3.4 系統(tǒng)界面設(shè)計

        系統(tǒng)主界面中,操作人員可以看到壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備的運行狀態(tài),如排氣壓力、排氣溫度、電壓電流和壓風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)、四臺壓風(fēng)機(jī)控制方式顯示、攝像頭布置情況、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、485 網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)等。同時在該畫面點擊兩個攝像頭,就會自動跳轉(zhuǎn)到攝像頭控制畫面,操作人員可以通過點擊鼠標(biāo)放大或縮小以查看壓風(fēng)機(jī)及周圍情況,還可以監(jiān)聽壓風(fēng)機(jī)房聲音,同時可以和壓風(fēng)機(jī)房工作人員進(jìn)行對講。在畫面上點擊任何一臺壓風(fēng)機(jī),就會自動跳轉(zhuǎn)到該壓風(fēng)機(jī)運行界面,可以查看傳感器報警情況、設(shè)備啟停故障、運行時間及次數(shù)、電壓電流參數(shù)、控制方式選擇等。

        4 現(xiàn)場應(yīng)用及結(jié)論

        對壓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行有效的自動化改造并對其應(yīng)用之后增加檢測數(shù)據(jù),壓風(fēng)機(jī)的安全性得以提升,能夠結(jié)合管網(wǎng)總壓力對空壓機(jī)的電機(jī)頻率予以有效調(diào)整,以及能夠在接入視頻圖像的前提條件下,實現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)無人值守的監(jiān)控功能,進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)整體礦井自動化全面管理。

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