煤礦螺桿式空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造

螺桿式空壓機(jī)是煤礦企業(yè)的重要機(jī)械設(shè)備之一，使用空壓機(jī)產(chǎn)生的空氣可以為井下風(fēng)動(dòng)機(jī)械設(shè)備提供動(dòng)力，同時(shí)為巷道送入必要的空氣，提供井下工作安全系數(shù)。傳統(tǒng)的螺桿式空壓機(jī)控制系統(tǒng)多采用繼電器實(shí)現(xiàn)控制，其缺點(diǎn)是能耗大、啟動(dòng)電流高、對(duì)設(shè)備器件沖擊較大，影響空壓機(jī)使用壽命，同時(shí)其控制精度不高，穩(wěn)定性較差。在當(dāng)前提高煤礦設(shè)備自動(dòng)化水平、提高能源使用效率的趨勢(shì)下，使用新技術(shù)對(duì)空壓機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)改造，實(shí)現(xiàn)一種穩(wěn)定高效、控制準(zhǔn)確、節(jié)能效果明顯的空壓機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)十分必要。

1 改造系統(tǒng)的技術(shù)與方案

1.1 使用的三項(xiàng)主要技術(shù)

（1）變頻調(diào)速技術(shù)：針對(duì)傳統(tǒng)螺桿式空壓機(jī)控制系統(tǒng)中控制精度不高，啟動(dòng)電流過(guò)大及能耗較大等缺點(diǎn)，采用變頻器代替繼電器實(shí)現(xiàn)流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，從根本上解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的突出問(wèn)題。

（2）PLC技術(shù)：PLC又稱可編程控制器，是在繼電器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的工業(yè)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合在煤礦這樣的工作環(huán)境較為惡劣的條件下工作。

（3）RS-485總線技術(shù)：系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)傳輸需要使用總線技術(shù)，本改造系統(tǒng)中使用的總線是RS-485，485總線由于其布線簡(jiǎn)單，傳輸穩(wěn)定可靠，在眾多控制領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

1.2 改造系統(tǒng)總體方案

整個(gè)系統(tǒng)使用的設(shè)備包括控制中心PLC、變頻器、互感器、壓力變頻器、空氣開關(guān)等，主要通過(guò)系統(tǒng)對(duì)管網(wǎng)壓力的信息采集與控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)壓力調(diào)節(jié)，通過(guò)PID調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)節(jié)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，具體控制方案由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)的控制原理圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)改造的實(shí)現(xiàn)

2.1  系統(tǒng)硬件配置

（1）PLC部分：改造系統(tǒng)中使用的PLC選用了西門子S7-300系列，主要功能是完成空壓機(jī)的各種控制。 其硬件配置主要如下：CPU模塊使用CPU315-2DP，該模塊可以擴(kuò)展到1024點(diǎn)數(shù)字量或128個(gè)模擬量通道，可以滿足空壓機(jī)的控制需要。電源模塊選用PS307，數(shù)字量輸入模塊與輸出模塊分別選用SM32與SM322。輸入模塊將采集到的空壓機(jī)狀態(tài)信息，包括運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、輔助設(shè)備狀態(tài)等傳入PLC處理。輸出模塊實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)空壓機(jī)的控制信息輸出，控制信息包括啟動(dòng)、停止、加載、卸荷、急停等。為實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信功能，采用RS-485總線方式完成數(shù)據(jù)傳輸，通信模塊采用了CP341，CP341模塊利用基于RS-485總線的Modbus協(xié)議，與控制變頻器及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制功能。

（2）變頻器及其他設(shè)備：系統(tǒng)使用的變頻器選用了達(dá)牌VFD300B43A型變頻器，其輸出頻率范圍0.10~400Hz，過(guò)載能力為額定輸出電流的150%，同時(shí)具有RS-485接口，可與上位機(jī)與PLC實(shí)現(xiàn)方便互連，實(shí)現(xiàn)控制功能。壓力變送器選用了森納士的DG1300型變送器，其精度可達(dá)0.5%FS。PID智能控制使用了蘭利AL808，在相對(duì)濕度≤85% 的環(huán)境下均可工作。接觸器使用了CJXl系列，完成交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止及反轉(zhuǎn)。變頻器與外部的連線圖如圖2所示。

2.2 上位機(jī)控制軟件的實(shí)現(xiàn)

對(duì)于空壓機(jī)的直觀監(jiān)控功能由上位機(jī)控制軟件實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)控制軟件的開發(fā)選用了MCGS工控組態(tài)軟件完成。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大，通過(guò)自身大圖庫(kù)可以快速模擬工控機(jī)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)直觀的監(jiān)控界面，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP、485/422/232等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，可以方便實(shí)現(xiàn)與PLC等設(shè)備的通信功能。使用MCGS工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的上位機(jī)監(jiān)控軟件界面如圖3所示。

2.3  PLC控制的實(shí)現(xiàn)

空壓機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)采用兩種控制方式，人工手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。自動(dòng)控制的過(guò)程簡(jiǎn)單描述如下：首先打開冷卻水閥，變頻器與電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)機(jī)，變頻器輸出頻率開始變化，從0Hz開始升高，整個(gè)變化的頻率及壓力變送器獲取的信號(hào)均由PLC獲取，根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)控制方案，對(duì)各個(gè)空壓機(jī)輪訓(xùn)控制。PLC控制程序流程圖如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)

使用PLC、變頻器、現(xiàn)場(chǎng)總線及軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的煤礦螺桿式空壓機(jī)控制系統(tǒng)的改造，克服了傳統(tǒng)繼電器控制方式的能耗過(guò)大、穩(wěn)定性差、影響設(shè)備使用壽命等問(wèn)題，通過(guò)PLC結(jié)合變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)啟動(dòng)、停止等控制，使用變頻器完成空壓機(jī)功率的調(diào)整實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)輸出氣壓的控制，同時(shí)使用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)上位機(jī)監(jiān)控界面的模擬，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，整個(gè)系統(tǒng)組建便捷、穩(wěn)定可靠，具有較好的推廣價(jià)值。

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