張 杰

（山西焦煤西山煤電杜兒坪煤礦， 山西 太原 030022）

0 引言

礦用空壓機(jī)是指礦井生產(chǎn)作業(yè)中的動力設(shè)備，能夠?qū)⒖諝鈮嚎s至一定壓力后，為風(fēng)鉆等裝置提供動力。通常來說，依照冷卻方式的不同可將空壓機(jī)細(xì)分為空冷空壓機(jī)以及水冷空壓機(jī)，但由于空冷空壓機(jī)對現(xiàn)場通風(fēng)量的要求較高，因此將以水冷空壓機(jī)作為主要研究對象，對智能聯(lián)控進(jìn)行分析，具有十分重要的意義。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

礦用空壓機(jī)智能聯(lián)動控制系統(tǒng)，如圖1 所示，是以PLC 作為控制中心，主要結(jié)構(gòu)框架為三層集散，上位機(jī)則采用組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)動態(tài)畫面的遠(yuǎn)程控制，而搭載的結(jié)構(gòu)變量能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對空壓機(jī)的智能把控，也可借助故障診斷數(shù)據(jù)庫完成設(shè)備的故障推理。同時(shí)系統(tǒng)采用了RS485 總線，促進(jìn)組態(tài)軟件與PLC 之間的通信以及數(shù)據(jù)傳輸，若上位機(jī)與控制及設(shè)備相隔距離較大，則通過光纖完成信號的遠(yuǎn)距離傳輸，借助兩端的光端機(jī)，確保信號及時(shí)轉(zhuǎn)換。并且PLC 能夠?qū)鞲衅鳙@取到的空壓機(jī)參數(shù)以內(nèi)部編寫的形式完成計(jì)算，之后經(jīng)RS485 總線傳遞至上位機(jī)。

圖1 礦用空壓機(jī)智能聯(lián)控系統(tǒng)

2 礦用空壓機(jī)智能聯(lián)控系統(tǒng)探究

2.1 工作原理

水冷空壓機(jī)智能聯(lián)控系統(tǒng)的控制內(nèi)容主要包括以下兩點(diǎn)：第一，結(jié)合檢測到的空壓機(jī)母管壓力值以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，完成空壓機(jī)的自動啟停切換以及變頻調(diào)速，確保母管壓力值保持在安全范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對氣動裝置的供氣；第二，在進(jìn)行空壓機(jī)的啟停處理中，需要實(shí)現(xiàn)冷卻水泵的智能控制，結(jié)合實(shí)際需求確?？諌簷C(jī)啟動前預(yù)先完成冷卻水泵的啟動，使冷卻水能夠流入空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)，之后再停機(jī)處理一段時(shí)間，才可停止冷卻水泵的運(yùn)行。

通常來說空壓機(jī)以及冷卻水泵的聯(lián)動控制能夠?qū)崿F(xiàn)空壓機(jī)的自動啟停以及加載與卸載，保證空壓機(jī)母管的供氣穩(wěn)定，借助聯(lián)動控制系統(tǒng)能夠使設(shè)備在可用風(fēng)量較少時(shí)減少負(fù)載運(yùn)行，達(dá)到降低電能消耗的目的，延長空壓機(jī)使用壽命?？諌簷C(jī)聯(lián)動控制系統(tǒng)的工作原理主要是借助壓力傳感器完成母管壓力值的檢測，之后將其與系統(tǒng)的期望壓力值進(jìn)行比對，找出二者的偏差，若偏差為正，則證明母管壓力值高于期望壓力值，需要通過變頻調(diào)速減少空壓機(jī)輸出。若偏差為負(fù)，則證明母管壓力值低于期望壓力值，此時(shí)需要借助變頻調(diào)速來提高風(fēng)壓輸送量。

空壓機(jī)的變頻調(diào)速控制大多只適用于母管壓力值在一定波動范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)，而采用的變頻調(diào)速方法實(shí)現(xiàn)風(fēng)壓輸出的控制也同樣存在一個(gè)上限值與下限值，在此區(qū)間能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，一旦壓力值高于或低于調(diào)節(jié)范圍，只能啟動或停止另一臺空壓機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制[1]。

2.2 運(yùn)行模式

空壓機(jī)與冷卻水泵循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括：過濾器、進(jìn)水閥、出水閥、溫度傳感器、循環(huán)冷卻水站、水泵，不同的空壓機(jī)需要由不同的冷卻水泵完成冷卻水的供給。通常來說，每兩臺空壓機(jī)便需要共用一個(gè)循環(huán)冷卻水站，而外來冷卻水源要經(jīng)過過濾器過濾處理后，才可流入循環(huán)冷卻水站。當(dāng)空壓機(jī)處于正常運(yùn)行階段，以某地方1 號空壓機(jī)作為分析對象，其工作順序?yàn)椋洪_啟冷卻水泵，進(jìn)水閥與出水閥在完全開啟后反饋至控制系統(tǒng)一個(gè)限位反饋之后，啟動1 號冷卻水泵電機(jī)，待冷卻水流入冷卻循環(huán)系統(tǒng)形成回路后，再啟動1 號空壓機(jī)并進(jìn)入延時(shí)階段，直至潤滑油溫度達(dá)到適宜標(biāo)準(zhǔn)后，才可開始加載。當(dāng)停止空壓機(jī)時(shí)，首先要確保空壓機(jī)準(zhǔn)確執(zhí)行卸載程序，并在卸載后不可立即完成停機(jī)操作，這是因?yàn)榭諌簷C(jī)在剛卸載時(shí)，內(nèi)部仍存在大量高壓氣體，此類氣體并未排入母管中，一旦出現(xiàn)停機(jī)操作，則高壓氣體會滯留在設(shè)備當(dāng)中。在二次啟動空壓機(jī)時(shí)，實(shí)質(zhì)上屬于帶載荷啟動，容易導(dǎo)致系統(tǒng)掉電，影響空壓機(jī)性能與使用壽命，在完成空壓機(jī)卸載后，要等待壓力降至安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)才可執(zhí)行停機(jī)操作，并在空壓機(jī)停機(jī)1 min 后停止冷卻水泵電機(jī)，直至電機(jī)完全停止后，關(guān)閉進(jìn)水閥與出水閥，從而完成整個(gè)停機(jī)過程。

水冷空壓智能聯(lián)控系統(tǒng)的整個(gè)控制過程為：空壓機(jī)智能聯(lián)控系統(tǒng)設(shè)備上電，利用安裝在母管上的壓力傳感器完成母管壓力的檢測，并將其與系統(tǒng)設(shè)定的壓力值進(jìn)行比對，若檢測壓力值高于系統(tǒng)設(shè)定值，則利用變頻調(diào)速降低空壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速，降低風(fēng)壓輸出，若達(dá)到調(diào)節(jié)下限，此時(shí)母管壓力值仍高于設(shè)定值，則需要關(guān)閉一臺空壓機(jī)，再利用變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)壓力恒定。當(dāng)母管壓力檢測值小于系統(tǒng)設(shè)定值，則要利用變頻調(diào)速，提高空壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速，提升風(fēng)壓輸出，若在變頻調(diào)速范圍內(nèi)仍難以達(dá)到設(shè)定壓力值，則要利用系統(tǒng)啟動一臺空壓機(jī)，確保母管壓力恒定。同時(shí)要注意在實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制時(shí)，為了確?？諌簷C(jī)能夠得到平衡使用，防止出現(xiàn)單臺空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間過長，需要對空壓機(jī)起停順序進(jìn)行把控，確保設(shè)備總運(yùn)行時(shí)間相近，以此達(dá)到延長空壓機(jī)使用壽命的目的。具體方法可分為以下兩點(diǎn)：

1）控制啟停順序，在空壓機(jī)聯(lián)動控制過程中，至少保證一臺變頻改造后的空壓機(jī)，時(shí)刻處于運(yùn)行狀態(tài)，借助變頻調(diào)速完成母管壓力的調(diào)節(jié)，而空壓機(jī)的啟停順序控制大多采用指針方法，該方法是指當(dāng)空壓機(jī)啟動后，其標(biāo)志位置為1，證明空壓機(jī)已經(jīng)啟動，在停機(jī)過程中，要優(yōu)先完成該空壓機(jī)的停止，若空壓機(jī)未啟動，則標(biāo)志位置為0，下次啟動時(shí)則要將啟動標(biāo)志為0 的空壓機(jī)作為優(yōu)先啟動對象，至于未完成變頻改造的空壓機(jī)，其啟動優(yōu)先級應(yīng)高于變頻改造后的空壓機(jī)，比如當(dāng)1 號空壓機(jī)與4 號空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，但母管壓力卻低于系統(tǒng)設(shè)定值，則要再次啟動一臺空壓機(jī)，并將2 號空壓機(jī)作為優(yōu)先啟動對象。

2）運(yùn)行時(shí)間控制，空壓機(jī)在處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)應(yīng)當(dāng)做好單臺空壓機(jī)連續(xù)時(shí)間的把控，確保不同空壓機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)啟停切換，防止單臺空壓機(jī)出現(xiàn)過長運(yùn)行時(shí)間的情況，避免零部件出現(xiàn)破損，影響空壓機(jī)性能以及使用壽命。當(dāng)出現(xiàn)因空壓機(jī)母管壓力值變化，導(dǎo)致設(shè)備啟停切換時(shí)，每臺空壓機(jī)的運(yùn)行時(shí)間大約在兩小時(shí)，若每運(yùn)行0.5 h 則時(shí)間計(jì)數(shù)應(yīng)當(dāng)加1，直至2 h后時(shí)間計(jì)數(shù)將為4，此時(shí)系統(tǒng)需要控制該空壓機(jī)停機(jī)，并將時(shí)間計(jì)數(shù)溢出清零，具體的運(yùn)行順序則應(yīng)置于最底層，直至下一次啟動。

2.3 PID 控制器

水冷空壓機(jī)智能聯(lián)控系統(tǒng)采用了模糊PID 控制器，能夠借助擴(kuò)展的模擬量采集模塊實(shí)現(xiàn)壓力傳感器以及溫度傳感器的數(shù)據(jù)收集，之后通過內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)信號的A/D 處理，并與上位機(jī)設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，從而找出實(shí)際偏差，再借助A/D 轉(zhuǎn)換完成控制信號的輸出，傳遞至變頻器，以此完成電機(jī)轉(zhuǎn)速以及空壓機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，保證母管管道恒壓供氣，冷卻水出水恒溫控制[2]。

3 結(jié)論

通過對礦用空壓機(jī)智能聯(lián)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析討論，闡述該系統(tǒng)的運(yùn)行原理以及運(yùn)行方式，確?？諌簷C(jī)智能聯(lián)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多臺空壓機(jī)組的集中控制與聯(lián)動控制，進(jìn)一步提高設(shè)備的工作質(zhì)量與效率，減少電能消耗，切實(shí)保障礦山的安全生產(chǎn)。