壓風(fēng)機(jī)組恒壓供風(fēng)節(jié)能控制技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

高美榮 淮北礦業(yè)集團(tuán)臨渙煤礦機(jī)電科，安徽 淮北 235136

壓風(fēng)機(jī)組恒壓供風(fēng)節(jié)能控制技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

高美榮 淮北礦業(yè)集團(tuán)臨渙煤礦機(jī)電科，安徽 淮北 235136

壓風(fēng)機(jī)組恒壓供風(fēng)節(jié)能控制技術(shù)根據(jù)煤礦壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工況的特點(diǎn)，采用可編程控制器、觸摸屏、工業(yè)計(jì)算機(jī)、傳感器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)系統(tǒng)的恒壓供風(fēng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程可視控制功能，并有效保持了系統(tǒng)內(nèi)空氣壓力穩(wěn)定，調(diào)整了整體負(fù)載平衡，減少了排氣放空，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高了監(jiān)控系統(tǒng)全面有效性，真正實(shí)現(xiàn)了無人自動(dòng)化操作。

壓風(fēng)機(jī)組；恒壓供風(fēng)；自動(dòng)控制；節(jié)能降耗

pressurized air units; Constant pressure for the wind; Automatic control; Saving energy and reducing consumption

1 概述

臨渙煤礦壓風(fēng)機(jī)房共有4臺(tái)螺桿式壓風(fēng)機(jī)，正常用風(fēng)情況下需兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，而在用風(fēng)高峰則需運(yùn)行三臺(tái)，各機(jī)組現(xiàn)均獨(dú)立操作運(yùn)行。

長(zhǎng)期以來，壓風(fēng)機(jī)向井下供風(fēng)都是由人工來完成，這樣難免造成供氣壓力的不穩(wěn)定，而且各機(jī)組的開停機(jī)、運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短以及開停機(jī)的順序等也都是由人工來完成，造成每臺(tái)空壓機(jī)運(yùn)行的時(shí)間不均，同時(shí)部分空壓機(jī)在空載狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行造成電能浪費(fèi)及增加機(jī)器磨損。

另外，對(duì)于壓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)各空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)只能由人工去巡檢，在巡檢時(shí)間段以外，空壓機(jī)出現(xiàn)預(yù)兆性的運(yùn)行工況或故障報(bào)警信息若不能及時(shí)監(jiān)測(cè)和反映，會(huì)影響到煤礦企業(yè)的壓風(fēng)供應(yīng)以及生產(chǎn)。

根據(jù)以上現(xiàn)狀，對(duì)壓風(fēng)機(jī)組進(jìn)行恒壓供風(fēng)節(jié)能控制技術(shù)改造，此技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)機(jī)組（包括每臺(tái)空壓機(jī)后處理設(shè)備）連鎖控制，根據(jù)總管壓力和空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)智能地加卸載對(duì)應(yīng)空壓機(jī)，以保證管網(wǎng)供氣穩(wěn)定。

2 改造方案

壓風(fēng)機(jī)組恒壓供風(fēng)節(jié)能控制技術(shù)是根據(jù)煤礦壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作的特點(diǎn)，采用可編程控制器、觸摸屏、工業(yè)計(jì)算機(jī)、傳感器技術(shù)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的恒壓供風(fēng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程可視控制。

本系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)主供氣管路的系統(tǒng)壓力、控制空壓機(jī)的啟停、對(duì)空壓機(jī)本身的運(yùn)行狀態(tài)、高壓開關(guān)柜電壓、電流信號(hào)、儲(chǔ)氣罐溫度、車間溫、濕度等實(shí)現(xiàn)不間斷監(jiān)視，使運(yùn)行人員及時(shí)準(zhǔn)確地掌握現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器運(yùn)行的工況，對(duì)壓風(fēng)穩(wěn)定供應(yīng)、提高設(shè)備的安全性指標(biāo)具有重要的意義。

3 控制原理

壓風(fēng)機(jī)組恒壓供風(fēng)節(jié)能控制技術(shù)主要是檢測(cè)壓力變送器傳輸?shù)膲毫π盘?hào)，再根據(jù)設(shè)定壓力范圍來控制空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)?？諌簷C(jī)通過通訊電纜與集控柜控制系統(tǒng)中的通訊模塊進(jìn)行通訊，將其運(yùn)行參數(shù)傳輸?shù)郊毓窨刂葡到y(tǒng)進(jìn)行顯示和報(bào)警信息提示等，同時(shí)檢測(cè)到的高壓柜電壓電流信號(hào)、儲(chǔ)氣罐溫度等參數(shù)亦同步顯示在集控柜控制系統(tǒng)上，集控柜控制系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換模塊處理后將相關(guān)控制和信息在上位機(jī)進(jìn)行控制和顯示。

壓風(fēng)機(jī)集中控制系統(tǒng)組成系統(tǒng)圖如圖1所示，包括上位工控機(jī)系統(tǒng)、微機(jī)控制柜系統(tǒng)、傳感器等組成。

圖1 集中控制系統(tǒng)框圖

上位工控機(jī)系統(tǒng)由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面等組成，其主要完成壓風(fēng)機(jī)組遠(yuǎn)程參數(shù)的監(jiān)控、運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)曲線、歷史報(bào)表查詢、及其他數(shù)據(jù)的處理等功能。

集控柜控制系統(tǒng)包括電源開關(guān)及熔斷器、觸摸顯示屏、PLC控制器、輸出繼電器、24V直流電源、通訊轉(zhuǎn)換模塊、指示及報(bào)警裝置等組成，PLC控制系統(tǒng)選用三菱Q系列可編程序控制器作為監(jiān)控核心。充分利用可編程控制器能適應(yīng)各種惡劣現(xiàn)場(chǎng)條件，現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，且安裝維護(hù)方便，其模塊化結(jié)構(gòu)，配置相應(yīng)的通訊接口與各空壓機(jī)的通訊模塊進(jìn)行通訊。

現(xiàn)場(chǎng)傳感器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)物理量信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)傳送給CPU。本系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用的傳感器較多，如壓力、溫度、電流等。為減少傳輸誤差，提高檢測(cè)精度，均選用變送器，性能可靠，壽命長(zhǎng)，輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4～20mA的傳感器，直接采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，并配以二線制RVVP電纜單獨(dú)傳送，以進(jìn)一步提高整套系統(tǒng)的可靠性。壓力變送器主要用于測(cè)量氣體、液體和蒸汽的壓力、負(fù)壓和絕對(duì)壓力等參數(shù)，然后將其轉(zhuǎn)換成4～20mA.DC信號(hào)輸出，是一種經(jīng)常運(yùn)用的感應(yīng)壓力裝置。

本系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件工作環(huán)境采用WIN XP操作系統(tǒng)，采用組態(tài)王組態(tài)軟件。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、處理，并滿足各種畫面、曲線、報(bào)表打印、自動(dòng)告警的功能要求。并在軟件編程上采取相應(yīng)的措施，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

壓風(fēng)機(jī)組恒壓供風(fēng)節(jié)能控制技術(shù)采用了可靠而穩(wěn)定的總管壓力檢測(cè)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定供應(yīng)壓縮空氣、多臺(tái)空壓機(jī)組聯(lián)動(dòng)控制以及節(jié)能降耗的良好效果，能實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，通過數(shù)據(jù)的分析可以對(duì)壓力需求、空壓機(jī)設(shè)備維護(hù)等提供良好的參照。

（1）顯著的節(jié)能降耗效果：實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的壓力輸出，減少傳統(tǒng)的壓力層疊系統(tǒng)造成的能源浪費(fèi)，它將顯著減少空壓機(jī)卸載（空轉(zhuǎn)運(yùn)行）時(shí)間，節(jié)省能源浪費(fèi)；

（2）穩(wěn)定的壓力輸出：系統(tǒng)具有極高的壓力控制精度，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的壓力輸出；

（3）系統(tǒng)集成能力：具有極強(qiáng)的系統(tǒng)集成能力，可以與絕大多數(shù)用戶主控系統(tǒng)連接：DCS（集散控制系統(tǒng)），BMS（樓宇管理系統(tǒng)），PLC（可編程控制器）等；

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控能力：可以控制空壓機(jī)、對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)壓力、高壓開關(guān)柜的電流電壓信號(hào)、各設(shè)備運(yùn)行機(jī)械故障狀態(tài)等均能進(jìn)行監(jiān)視。

（5）真正無人值守：自動(dòng)聯(lián)控加上遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無人值守，全自動(dòng)24小時(shí)穩(wěn)定高效的運(yùn)行。

5 使用效果分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益：

1、節(jié)能降耗?？諌簷C(jī)組在聯(lián)控運(yùn)行狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)啟動(dòng)，可避免無為運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)四臺(tái)壓風(fēng)機(jī)組計(jì)算，采用恒壓供風(fēng)，一年節(jié)電43.2萬度，可節(jié)約21.6萬元，節(jié)能效果明顯。

2、維護(hù)量小，運(yùn)行效率高。空壓機(jī)組的自動(dòng)聯(lián)控運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)無人操作，減少操作人員9人，年可節(jié)約工資近27萬元，維修費(fèi)用可減少10余萬元。

3、機(jī)組的聯(lián)控運(yùn)行杜絕了以往由于風(fēng)量供應(yīng)不足造成的耽誤生產(chǎn)現(xiàn)象，由于供風(fēng)質(zhì)量和供風(fēng)效率的提高，對(duì)于提高礦井掘進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)礦井采掘平衡，更是具有重要的作用和意義。僅此一項(xiàng)即可每年為煤礦企業(yè)增加效益不低于40萬元。

4、由于采用集中控制，實(shí)測(cè)減少噪聲15分貝，減少噪聲污染。

5、螺桿式壓風(fēng)機(jī)采用風(fēng)冷，減少冷卻水使用，達(dá)到低碳排放，每年可節(jié)約16萬元。

經(jīng)濟(jì)效益合計(jì)：114.6萬元/年

5.2 安全效益

機(jī)組運(yùn)行安全、可靠，操作簡(jiǎn)便。壓風(fēng)機(jī)組能夠根據(jù)實(shí)際用風(fēng)負(fù)荷的變化，適時(shí)自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，能夠保持恒壓供風(fēng)，提高了整個(gè)壓風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠性。由于減少了人員的操作量，從而相應(yīng)減少了人為因素所帶來的安全隱患。

6 結(jié)論

本系統(tǒng)采用對(duì)主供氣管路的系統(tǒng)壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、對(duì)空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和報(bào)警，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)考慮到集控柜控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停電后避免影響到空壓機(jī)的運(yùn)行，采用了獨(dú)特的斷電自動(dòng)交權(quán)的運(yùn)行控制技術(shù)，從而確保了可靠有效地提供壓縮空氣。

該系統(tǒng)具有良好的計(jì)算機(jī)界面，可顯示空壓機(jī)及儲(chǔ)氣罐的群模擬圖、可顯示高壓柜電壓及運(yùn)行電流信號(hào)、可顯示儲(chǔ)氣罐溫度等參數(shù)，當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)異常，在集控柜和上位機(jī)上均會(huì)顯示畫面同時(shí)在集控柜上的事故報(bào)警音響和燈光發(fā)出，在上位機(jī)上可直接查看并能迅速看到出現(xiàn)事故的機(jī)臺(tái)號(hào)，可以加快相應(yīng)時(shí)間，提高處理問題的快速性和可靠性。

此項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)的成功運(yùn)用對(duì)于穩(wěn)定壓力輸出、減少無效能耗、減員增效等均具有良好的實(shí)際意義。

Application of pressurized air units constant pressure for wind energy control technology in coal mine

Gao Meirong
HuaiBei Mining (Group) Co.,Ltd., Huaibei 235136,China

The pressurized air units for wind energy saving a constant pressure control technology of coal mine pressure fan system according to the characteristics of working conditions, adopting PLC and touch screen, industrial computer, sensors, etc technology to realize pressure air system of constant pressure for wind, remote automatic control, remote video control function, and effectively keep the air inside the system pressure stable, adjusted the whole load balancing, reduce the exhaust vent, realize saving energy, improving the monitoring system overall effectiveness, to achieve a truly unmanned automation.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.065

高美榮（1981-），女，助理工程師。2006年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)（學(xué)士學(xué)位），現(xiàn)在淮北礦業(yè)集團(tuán)臨渙煤礦從事現(xiàn)場(chǎng)控制及高壓供電技術(shù)工作。