压风机恒压自动控制系统的设计与实现探究.pdf

2 0 1 6年第 2期 No ． 2 2 0 1 6 煤 炭 科 技 COAL S CI E NCE T EC HNOL OGY MAGAZ I NE 1 0 5 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 6 0 2 0 1 0 5 0 2 压风机恒压自动控制系统的设计与实现探究 申 俊琰 同煤集团 云冈煤矿 ， 山西 大同0 3 7 0 1 7 摘要 以某煤矿为例对压风机恒压 自动控制系统的设计和实现进行 了探 究。通过编程控制 器、 触摸屏、 工业计算机 、 传感器等技术可实现压风系统的恒压送风， 降低 了煤矿 的能耗。 关键词 压风机组 ； 恒压供风 ； 自动控制； 节能降耗 中图分类号 T D 6 3 5 文献标志码B 某煤矿共有 4台螺杆式压风机 ．正常情况下需 要两台机组 同时运行 ．高峰情况下需要 3台机组 同 时运行 。 由于是人工控制压风机的启动 ． 很容易导致 空压机的运行时间不均 ， 出现空载运行的状态 。 浪费 了大量的电能 ， 也增加了机器的磨损。 为了科学控制 压风供应 。 保证正常生产 ， 有必要探究压风机恒压 自 动控制技术 。 在保证管网供气稳定的同时 。 智能运行 和关闭相应 的空压机 。 1 改造方案 采用可编程控制器 、 触摸屏 、 工业计算机 、 传感 器技术等来实现压风系统的恒压供风、远程 自动控 制 、 远程可视控制 。 本文涉及的系统可以自主检测巷 道内的气压 ．从而智能控制空压机的启动和停止运 行 。 同时对于巷道 内部的温度、 湿度以及空压机本身 的运行状态进行 2 4 h不间断监测 ． 使得管理人员可 以准确了解井下设备工作情况 ．减少 了工作人员的 工作量 。 为安全生产、 高效生产服务。 2 空气 压缩机工作原理 煤矿在开采的过程 中需要工人下到井下进行操 作 ， 而井下空气稀薄 。 如果不能及时通人新鲜空气 ， 很容易导致井下有毒气体浓度过高 ．对工作人员的 身体健康造成危害 ， 也可能引发安全事故。 空气压缩机主要作用就是将外界空气抽人井下 ． 其工作过程可以分为吸气、 压缩 、 排气 3个步骤 。工 作时。主动螺杆带动被动螺杆旋转 ，其啮合线把螺 杆 、 壳体和端盖等所形成的密封空间分成两个 区域。 伴随着转子 的旋转 ， 空气在压差作用下流人 ． 在该齿 问容积即将与吸气 口断开时 ． 容积达到最大 ． 吸气过 程结束 ， 压缩过程即开始。当进入啮合时 。 一个螺杆 的齿谷被另一个螺杆 的齿部所 占有 。 密封容积减小 ． 空气被排出 3 空气压缩机控 制原理 要实现压风机恒压 自动控制 ．关键技术是检测 井下空气压力的变化 ．将压力的变化转变为电信号 输送给空压机 。 由此来控制空压机的运行状态。 空气 压缩机控制原理如下 高灵敏度 的探头安装在巷道 内， 通过电缆与通讯模块相连接 ． 探头收集到的空气 压力 的相关参数 由通讯模 块传递到集控柜控制 系 统 ．由集控柜控制系统判断压力是否处在正常的状 态 ， 如果井下需风量加大 ． 就 自动开启多余 的空压机 增加送风量。 同理 。 如果井下 的需风量下降就 自动关 闭多余的空压机以减小送风量。对于电流以及储气 罐温度的控制原理同上 ．都是由探头监控相关的数 据 ． 数据交 由处理器处理之后呈递给工作人员 。 同时 对异常数据积极进行处理 ．最终实现整个系统的智 能化控制 空气压缩机控制系统如图 1所示 ． 主要包括有集 控柜 、 上位机、 传感器等部件。上位机是人机交互 的 主要界面．整个系统运行的参数都会在上位机上呈 现 。 本系统采用 的上位机操作系统使用 w i n d o w s 7 ． 良好 的人机交互界面可 以实现数据的传输和处理 ． 1 0 6 煤炭科技 2 0 1 6年第 2期 将收集到的数据 以图表的形式直观呈现 集控柜处 理各种信息参数， 处理后传递给上位机 。 传感器收集 整个系统各部分运行数据 ． 由于井下工作环境恶劣 ． 传感器必须具有较强的抗干扰能力 ．并且安装维护 方便。 系统 中使用的传感器有压力传感器、 温度传感 器和电流传感器 ， 为减少传输误差 ， 提高检测精度 ， 均选用变送器 ． 性能可靠 ． 寿命长 ， 输 出 4 2 0 m A 标准信号 集 主 供 气 管 路 压 力 变 送 器l 控 ． ． { 柜 } 导 l } _{l - 空 压 机 组 通 刊 - 口 恒Jl 上 位 触 一一一 r T 耳1 I 摸 二 薹 H压 开 关 柜 电 流 机 屏 屯圈I 通 讯 一 模 块 等 图 1 空气压缩机控制原理 4空气压 缩机控制技术创新点 利用压风机恒压 自动控制系统可 以实现巷道内 的稳定供风 ． 还能够实时监测各个设备的运行状态 ． 为设备的维护提供了 良好的助力 ．能够提高井下施 工的效率。 对于多组空气压缩机的科学控制。 能够杜 绝空气压缩机的空载运行 。 达到节能降耗的效果 ． 也 降低 了空气压缩机 自身 的磨损 ．可延长空气压缩机 的使用寿命。集成系统 的控制能够降低相关工作人 员的劳动强度 ， 实现对于空气压缩机的远程控制 ． 能 远程实时监控空气系统的压力、高压开关柜的电流 电压信号、 各设备运行时出现 的机械故 障状态 ． 以便 及时作 出预警 ， 有助于将隐患消除在萌芽状态。 控制 系统能够实现无人值守 ． 仅需要少量的人员维护 5 效 果分 析 5 ． 1 经 济效 益 传统的活塞式压风机能耗较高 ．并且会产生较 大的噪音污染 ， 效率低下 ， 随着巷道 的延长 ， 活塞式 压风机也越来越不能满足井下生产的需要 而本次 设计的压风机恒压 自动控制系统利用的是螺杆式压 风机 。其效率高且噪音小 ．可采用变频调速恒压控 制 ， 灵活调节风机的转速 ， 自动配置井下的送风量 ． 保证井下的高效安全生产 1 空压机组在智能调控 的状态下 。 可实现 自动 启动和停止运行 ．根据井下的实际情况调整空压机 组的工作状态 。 避免空压机组 的空载运行。 以煤矿的 4台压风机组为例 ．如果采用智能恒压供风控制系 统 ， 一年可以节省 4 4万度的电能 ， 一年可节省约 2 6 万元 人 民币 。 2 由于压风机恒压 自动控制系统 的运行不需 要太多的人员进行维护 ． 以原有的 1 5个工作人员为 例 。 现在只需要 6 个工作人员就可以进行操作 ． 一年 可节约工资近 5 4万元 ．而维护费用可减少 2 O余万 元 。 仅在这一项上就创造约 7 4万元的经济效益 。 3 压风机恒压 自动控制系统的应用可 以保 证井下的用风需求 ．避免因为风量供应不够而耽误 生产 ．而供风质量和供风效率的提高也可 以在一定 程度上增加矿井的掘进速度 ． 增加煤炭的产出， 仅此 一 项每年带给煤炭企业很高收益 4 集 中式控制系统进行供风采用的是风冷设 计 ， 减少 了冷却水的使用 ． 在冷却水使用一项上每年 可节省大约 l 6万元 5 ． 2安 全效 益 压风机恒压 自动控制系统的实现能够保证整个 机组始终在高效可靠的运行 ．压风机组根据用风负 荷的变化 自动调整运输状态以保证恒压供风 ．这就 减少 了相关工作人员的操作量 ．因人为失误带来安 全隐患的几率就被极大地降低了 采用集 中式控制 系统进行供风实测能够减少噪声 1 5 d B．能够创造 更有利于井下工作人员工作 的环境 ．减少工作环境 对工作人员身体的损害。同时井下的工作面能够有 源源不断的空气供应 ．井下有毒气体和易燃易爆气 体的浓度就会控制在较低的水平 6结 语 压风机恒压 自动控制系统可实现对井下用风负 荷 自动监测 ． 自动调整风机的启停 ． 遇到风机处于异 常状态或者储气罐处于异常状态还可以及时停止风 机运行 ， 充分保证整个通风系统的安全。 上位机中可 以直接掌握系统运行情况 ．可以人为控制送风系统 运行 ， 增加了安全保障。 该技术 的成功应用具有可观 的经济效益和安全效益 ． 值得推广。 作者 简介 申俊 琰 1 9 7 7 一 ， 女 ， 山西左云 人 ， 2 0 0 9年毕 业 于长春工业大学机械 电子工程专 业． 同煤集 团云 冈煤矿 工 程 师。 收稿 日期 2 0 1 6 0 3 0 8