李廷杰，侯志會

（焦煤公司趙固一礦，河南焦作 454000）

壓縮空氣作為煤礦常用的一種動力源，主要應用于驅動氣缸、風鎬、風鉆、鑿巖機等氣動設備和壓風自救裝置。作為壓縮空氣的制造者——空氣壓縮機就顯得尤為重要，它的安全可靠運行直接關系到煤礦的生產安全和經濟效益。

1 系統(tǒng)現狀

目前趙固一礦西風井壓風機房已安裝4 臺MM250型螺桿式空壓機，配套電機功率250 kW，電壓10 kV，壓風機排氣量45 m3/min，額定排氣壓力0.7 MPa；安設4個風包，設計壓力1.0 MPa。管路上閘閥均為手動閘閥，冷卻方式為水冷，空氣壓縮設備運行穩(wěn)定正常。

供電系統(tǒng)：MM250型螺桿式空壓機采用KYN28-12高壓配電柜直接啟動，高壓配電室內配置2臺進線柜、4臺出線柜、2臺PT 柜。

壓風機房系統(tǒng)現狀如圖1所示。

圖1 壓風機系統(tǒng)現狀

2 系統(tǒng)設計規(guī)范及依據

系統(tǒng)設計規(guī)范及依據包括：《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦監(jiān)控系統(tǒng)總體設計規(guī)范》、《煤礦信號設備通用技術條件》MT287-92、《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設備通用要求》GB3836.1-2010、《煤礦通信、檢測、控制用電工電子產品通用技術要求》MT209-1990、《可編程邏輯控制器編程語言標準》IEC61131-3、《可編程序控制器》GB/T15969.8-2007、《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設計規(guī)范》GB50115-2009、《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設計規(guī)范》GB50395-2007。

3 系統(tǒng)設計原則

（1）安全性。充分考慮系統(tǒng)和數據的安全性。系統(tǒng)具有較強的身份認證、授權、加密等機制、完善全面的事件日志、數據備份和病毒防護功能。

（2）先進性。充分利用飛速發(fā)展的計算機和自動化網絡技術，全面準確地體現用戶的管理思想及操作方式，建立一個符合標準的、開放的、易管理的自動控制網絡系統(tǒng)。

（3）開放性。要在符合通用標準的前提下，系統(tǒng)提供以太網或OPC 接口，實現系統(tǒng)最大限度的信息共享。系統(tǒng)結構合理，便于系統(tǒng)的擴展。

（4）實用性。系統(tǒng)具有靈活、可靠的控制功能，簡單實用，易于掌握，人機界面友好，程序參數可以方便修改；具有自診斷功能，具有實時數據采集、處理及顯示功能；采集到的數據存在數據庫中，可以方便地查詢。利用信息融合技術、故障診斷技術等技術對數據進行處理，對設備故障進行早期預報，提供故障診斷信息，提高生產效率，保障設備安全運行。

（5）可靠性。在硬件選型、網絡設計、支撐環(huán)境、應用系統(tǒng)的建設過程中，充分體現這一原則，保證整個系統(tǒng)運行可靠、故障率低、維護方便、修改靈活。

（6）經濟性。在一定的資金資源上，盡量有效地運行利用，以適當的投入建立一個高水平的、完善的自動化控制網絡系統(tǒng)，所有設備的選型配置堅持性價比最優(yōu)的原則。

4 系統(tǒng)特色

4.1 數據在線監(jiān)測功能

系統(tǒng)配置有相應的前端感知設備和后臺智能軟件分析服務，能夠實現對壓風系統(tǒng)通訊狀態(tài)、故障狀態(tài)、閥門開閉狀態(tài)、風壓等電力參數的在線監(jiān)測，達到對壓風系統(tǒng)各項參數的全面采集與監(jiān)測，符合《煤礦設備重大設備感知接入細則》對數據監(jiān)測類型的要求，以及滿足各地智能壓風系統(tǒng)的政策要求。

4.2 一鍵啟動、自動輪換、一鍵倒機

系統(tǒng)可以實現對壓風機、冷卻水泵的一鍵啟動，自動輪換、故障自動倒機、定時自動倒機和一鍵倒機等功能。系統(tǒng)具有根據風壓的需求投入或退出壓風機的開機臺數，實現恒壓自動調風，風包具有定期排污功能。

4.3 故障分析診斷與預警、告警

系統(tǒng)實時監(jiān)測壓風系統(tǒng)的壓力、溫度、振動、電壓、電流等數據，當發(fā)生異常，經檢測診斷后，系統(tǒng)能夠準確分析與診斷故障發(fā)生原因、時間、類型與地點，在上位機同步發(fā)出語音與文字告警。

4.4 視頻一體化控制

控制系統(tǒng)中配置半球形網絡攝像儀，通過控制中心上位機調用攝像儀控件，對壓風機房和配電室各監(jiān)控點進行水平0°～355°旋轉，垂直方向0°～75°視頻巡航監(jiān)視，方便調度中心實時監(jiān)視整個壓風機房和配電室的圖像畫面，更快速全面的了解壓風設備運行情況，真正保證和實現無人值守。

5 系統(tǒng)設計概述

5.1 系統(tǒng)整體結構組成

固一礦西風井壓風機自動化集控系統(tǒng)主要由以下三部分組成：調度室遠程監(jiān)控站、工業(yè)以太網傳輸網絡、壓風機房監(jiān)控系統(tǒng)。

遠程監(jiān)控站一般設置在調度中心，設置操控站，通過操控站對壓風機房相關設備進行集控和監(jiān)視。遠程監(jiān)控站是以高性能工控機為平臺，通過該平臺上的壓風機在線監(jiān)控軟件完成控制器的參數和命令的傳達，是人機交互的核心；實現數據的存儲，并以圖形、報表、曲線等形式實現數據的查詢、分析和展示；擔負著系統(tǒng)運行的監(jiān)測、維護、故障分析及預警以及命令的執(zhí)行等任務。

工業(yè)以太網是系統(tǒng)各部分相互通信的基礎，為了實現系統(tǒng)數據的遠程傳輸，從壓風機房到調度中心敷設通信光纜，與工業(yè)級交換機組成工業(yè)以太網。

壓風機房就地監(jiān)控系統(tǒng)、遠程監(jiān)控站和網絡分布系統(tǒng)等通過以太網平臺進行數據通訊，相互傳遞數據。

壓風機房監(jiān)控系統(tǒng)主要由位于壓風機房內的就地監(jiān)控站（工控機）、可編程邏輯控制系統(tǒng)、位于現場的電動閥門、壓力傳感器、液位傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、渦街流量計、電力采集模塊等組成。

5.2 壓風機房監(jiān)控系統(tǒng)設計

通過在壓風機房配置的一套可編程邏輯控制器，采集系統(tǒng)所配置各類傳感器的參數，實現壓風機壓縮空氣壓力、溫度、流量，壓風機冷卻水系統(tǒng)的壓力、液位和溫度的實時監(jiān)測，并通過配置的電力采集模塊實時監(jiān)測壓風機的電壓、電流、功率等電力參數；同時實現壓風機、冷卻水泵和電動閥門的就地集中控制和遠程控制。由控制器根據參數設置與傳感器實時數值進行邏輯判斷，可實現多臺壓風機、冷卻水泵定時自動倒機，故障自動倒機和一鍵倒機功能。

5.2.1 閥門及傳感器配置

（1）電動閥門。每臺壓風機進出水閘閥改為電動閘閥，實現冷卻水的自動控制；另外，每個氣罐的手動排污閥門改裝為電動閥門，實現定期自動排污。

（2）壓力。通過在每個氣罐上安裝一個壓力傳感器，測量每個氣罐的壓力變化；在主排氣管路配置壓力傳感器，實現系統(tǒng)按壓力調節(jié)投入壓風機的數量。在每臺壓風機的冷卻進水總管路安裝一個壓力傳感器，實時監(jiān)測冷卻水的壓力變化。

（3）溫度。通過在每個氣罐的出氣管路上安裝一個溫度傳感器，測量每個氣罐的溫度變化；在每臺壓風機的冷卻水進出水管路各安裝一個溫度傳感器，測量各臺壓風機的冷卻水溫度。

（4）振動。在每臺壓風機主電機上安裝振動傳感器，實時監(jiān)測電機運行時的振動值。

（5）流量計。通過在主管路上安裝一個流量計，實時監(jiān)測管路的流量變化。

（6）液位。在冷卻水池里安兩個液位傳感器，實時監(jiān)測冷卻水池的水位變化，并且液位傳感器具備就地顯示功能。

（7）電力參數.電力參數指壓風機配套電機工作時電流、電壓、功率、功率因數等。通過電力采集模塊與串口服務器，采集電機工作時的參數，實現能耗自動分析與計算功能。

5.2.2 控制系統(tǒng)設計

設計壓風機集控系統(tǒng)，通過與壓風機控制器預留的RS485或以太網接口通訊，來實現數據的交換，同時通過壓風機集控系統(tǒng)配置的以太網模塊接入工業(yè)環(huán)網交換機，完成其與上位機的數據傳輸，實現對壓風機、電動閥門、傳感器的監(jiān)測和控制。

系統(tǒng)具備遠程自動控制、遠程單機自動控制、遠程單機手動控制、就地控制、檢修控制等操作模式。在正常運行過程中，不管工作在何種工作方式，均可實時將壓風機房現場的各種運行參數、設備狀態(tài)通過通訊網絡傳到遠程監(jiān)控站，在上位機軟件實時顯示。

5.2.3 故障保護

壓風機容量較大，耗電量大，是煤礦重要的動力源，因此對壓風機在線監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性要求較高，所以系統(tǒng)設計了全面的故障報警功能。①壓縮空氣溫度、壓力故障報警：通過配置溫度和壓力傳感器，采集壓縮氣體的溫度、壓力，與設定限值比較，并通過可編程控制器進行邏輯判斷，實現壓風機的加載、卸載、超限報警及故障停車，起到壓風機超溫、超壓保護。②冷卻水溫度、壓力、液位故障報警：傳感器實時檢測冷卻水液位、壓力，可以在冷卻水水位過低，壓力過低、過高時報警提示，為壓風機的正常運行提供了有力保障。③電力參數故障報警：利用電力采集模塊采集壓風機運行的電力參數，監(jiān)控壓風機電流、電壓、功率等電氣參數，實現故障分析診斷和預警功能。④風機壓力、溫度故障報警：通過與壓風機進行通訊，采集壓風機壓力、溫度，實現異常告警。

5.2.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計

控制系統(tǒng)結合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現壓風機房的無人值守。本視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置一定數量的攝像儀，把整個壓風機房以及配電室的圖像實時傳輸至調度中心，并能夠存儲錄像。

在壓風機房和配電室各增加一臺網絡高清攝像儀，攝像儀通過網線就近接入PLC 柜內交換機，實現遠程視頻監(jiān)控；同時自動化控制系統(tǒng)軟件中嵌入視頻圖像，當設備出現告警，上位機監(jiān)控畫面可自動彈出現場視頻圖像。實現控制系統(tǒng)和視頻圖像的聯動控制。

6 系統(tǒng)功能

6.1 顯示功能與控制功能

系統(tǒng)操控軟件包含工藝流程圖總畫面，實時顯示整個壓風機系統(tǒng)總體運行情況和主要設備的運行狀態(tài)和實時參數。具體有：①壓風機系統(tǒng)工藝參數：氣體溫度、冷卻水溫度、氣體壓力、排氣管路流量，顯示風機運行狀態(tài)，通訊狀態(tài)、電機的振動、閥門開閉狀態(tài)。②電力參數：壓風機電壓、電流、功率等。系統(tǒng)可根據程序進行邏輯判斷，具有壓風機和冷卻水泵自動輪換運行、故障自動倒機、定時自動倒機和一鍵倒機功能；具有風包定期自動排污的功能；具有根據風壓需求自動確定投入風機的數量，實現自動調風。

6.2 參數設置與數據曲線查詢

用戶可以根據自己的系統(tǒng)運行情況，設置系統(tǒng)各個設備的運行參數，為系統(tǒng)運行及報警提供依據。并且對于重要的系統(tǒng)參數，進行實時采集，并進行存儲；實時數據可生成實時曲線，歷史數據可生成歷史曲線，以供需要時及時查詢。

6.3 報表打印功能

系統(tǒng)具備報表生成、存儲、查詢、打印功能?？筛鶕枰敵霭ㄔO備工況運行報表、故障報警實時報表以及設備操作報告和過程變量報告等，保證各種規(guī)范管理的需要。當系統(tǒng)檢測到故障發(fā)生時，報警畫面自動彈出，提醒工作人員處理。系統(tǒng)具有基于采集到的大量工況數據分析的故障診斷及預警功能。

6.4 運行記錄和操作記錄查詢

對于系統(tǒng)各設備的運行情況和操作情況進行記錄、存儲、查詢；有助于對系統(tǒng)運行情況的分析。

6.5 通訊及對接功能

實時展示系統(tǒng)的通訊拓撲圖，即各設備的通訊在線狀態(tài)。具有與全礦工業(yè)以太網聯網功能，能夠把壓風機系統(tǒng)的各項監(jiān)測參數、狀態(tài)、故障參數、故障記錄、報警情況等的數據傳輸到煤礦局域網上，實現與其他系統(tǒng)的數據交換。

接入煤礦智能化綜合管控平臺：硬件上通過壓風機監(jiān)控系統(tǒng)PLC 控制器的以太網接口，接入工業(yè)以太網，實現與綜合管控平臺數據的交互；軟件上，采用開放通用的OPC 方式對接，上位機整合到綜合管控平臺上，實現數據的提取和畫面的再開發(fā)。

7 結束語

系統(tǒng)通過與壓風機通訊和配置三相電采集模塊，采集壓風機電壓、電流、功率等的電力參數，實現系統(tǒng)能耗自動分析和計算功能。系統(tǒng)web 發(fā)布功能，利用礦區(qū)已建設的辦公網絡，與該系統(tǒng)的工業(yè)以太網實現對接，由此系統(tǒng)數據可以web 的形式發(fā)布，辦公網絡內的網絡用戶可以通過瀏覽器查看系統(tǒng)數據，實現壓風機在線監(jiān)測系統(tǒng)的數據共享，便于領導層及時了解壓風機房設備的運行狀況，有助于系統(tǒng)的維護和管理。