崔晉鋒

（晉能控股煤業(yè)集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048000）

引言

壓風系統(tǒng)是煤礦生產過程中重要的系統(tǒng)之一。傳統(tǒng)的礦用壓風系統(tǒng)自動化水平低，存在著過于依賴手動操作、操作人員勞動強度大、設備空載率大、系統(tǒng)故障維護困難、生產效率低等現(xiàn)象。隨著工業(yè)以太網技術和PLC 技術的不斷普及，礦井壓風自動控制系統(tǒng)正在逐步投入使用。這種現(xiàn)代化控制和監(jiān)測裝置，除完成壓風機的單機控制外，還可以通過工業(yè)以太網傳輸接口與設置在壓風機房的PLC 控制柜連接，由調度監(jiān)控指揮中心監(jiān)控壓風機等相關設備，最終實現(xiàn)壓風機房的“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

岳城煤礦空壓機房共安裝四臺壽力牌螺桿式空壓機（LS20-150H 和LS25S-300H 型各兩臺），通過操作顯示屏進行相關參數(shù)的顯示和控制?？諌簷C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行自動控制改造，以提升系統(tǒng)可靠性。

2 研究內容

2.1 研究目標

對空壓機房進行自動化改造，實現(xiàn)壓風作業(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)壓風機房的就地自動化啟停壓風機、遠程監(jiān)測、遠程控制壓風機無人值守的目的。

2.2 方案確定

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

由圖1 可知，系統(tǒng)總體劃分為三層結構，具體如下：

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

1）管理層。即以工控機為主要設備的遠程控制中心，通過局域辦公網對工控機進行遠程控制，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)網交換機、光纖等部件構建以太環(huán)網，將控制箱部分與壓風系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的各類控制器、傳感器開關等裝置有效連接，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)行機構，通過主站+分站模式，即通過主站控制各個分站，實現(xiàn)對壓風機房壓風系統(tǒng)的遠程/就地自動啟停、自動輪換、故障智能切換、自動診斷功能[2]。

3 壓風系統(tǒng)設計

3.1 控制系統(tǒng)設計

由于壓風機現(xiàn)由微型電子計算機控制器進行控制，且預留有RS485 通信接口，設計通過其485 接口統(tǒng)一接入新配置的PLC 控制器，進行數(shù)據(jù)交換，同時，新PLC 控制器配置有以太網模塊，能夠實現(xiàn)PLC 控制器與觸摸屏和上位機的數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)對壓風機的監(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)設計

系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 壓風機視頻監(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，可把整個壓風機房及壓風機配電室的圖像實時傳輸至調度中心，并能夠存儲錄像。在壓風機房和壓風機房運行室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(xiàn)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(xiàn)告警，上位機監(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 上位機軟件設計

地面控制中心的作用是遠程監(jiān)控壓風機房設備，系統(tǒng)已開放通信協(xié)議，地面監(jiān)控中心上的監(jiān)控主機能夠通過接入全礦井安全生產自動化控制網，在調度中心即可掌握壓風機房壓風系統(tǒng)設備的所有檢測數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)。上位機系統(tǒng)配置具有OPC 服務功能的加密鎖，在上位機軟件內進行相應的OPC 驅動設置[3]，并對上位機進行必要的DECOM 設置，從而使得系統(tǒng)可以和其他具備OPC 通信功能的設備或系統(tǒng)進行數(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打下基礎。

3.4 系統(tǒng)界面設計

系統(tǒng)主界面中，操作人員可以看到壓風機系統(tǒng)主要設備的運行狀態(tài)，如排氣壓力、排氣溫度、電壓電流和壓風機運行狀態(tài)、四臺壓風機控制方式顯示、攝像頭布置情況、網絡狀態(tài)、485 網絡通信狀態(tài)等。同時在該畫面點擊兩個攝像頭，就會自動跳轉到攝像頭控制畫面，操作人員可以通過點擊鼠標放大或縮小以查看壓風機及周圍情況，還可以監(jiān)聽壓風機房聲音，同時可以和壓風機房工作人員進行對講。在畫面上點擊任何一臺壓風機，就會自動跳轉到該壓風機運行界面，可以查看傳感器報警情況、設備啟停故障、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)場應用及結論

對壓風機房進行有效的自動化改造并對其應用之后增加檢測數(shù)據(jù)，壓風機的安全性得以提升，能夠結合管網總壓力對空壓機的電機頻率予以有效調整，以及能夠在接入視頻圖像的前提條件下，實現(xiàn)壓風機無人值守的監(jiān)控功能，進而能夠實現(xiàn)整體礦井自動化全面管理。