基于PLC的煤矿空压机智能自动控制系统研究李进

基于PLC的煤矿空压机智能自动控制系统研究李进

李进

平顶山天安煤业股份有限公司十矿北翼机运队河南平顶山467000

摘要：煤矿地面空压机站的空压机主要为井下掘进用风设备、地面生产系统、矿井选煤厂等提供动力，同时保证井下压风自救用气。空压机传统的控制系统设置在压风机房内实现就地控制，空压机在工作期间，值守工人要经常根据空压机的供气量及供气压力对空压机进行人工启、停操作，因为空压机站内温度高、噪声大，操作工人长期在这种恶劣环境下工作，危害工人的身体健康，同时人工操作空压机不能保证压力相对稳定供气，影响矿井供气质量；不能均衡各空压机运行时间，造成部分空压机长期空载运行或长时间运行。无法实现对空压机故障的早期诊断，影响煤矿压风供应和煤矿的安全生产。

关键词：PLC；煤矿空压机；自动化智能控制；系统研究

1导言

空压机是煤矿安全生产过程中关键的动力设备，通过吸气、压缩和排气等工作循环将地面空气持续输送到井下，进而为风钻、凿岩机、注浆机、卸煤车和绞车等风动工具和机械提供稳定的动力源，保证井下压风自救用气。目前，大部分煤矿空压机采用全天候持续运行方式，空压机组的自动控制性能较差，存在耗电量大、机组运行效率与可靠性低、机电设备维护和管理难度大等问题。根据井下实际的风动负荷动态控制空压机组是改善煤矿空压机运行状态的重要途径，而风动负荷具有明显的时变性和不确定性，且传统的间歇控制需要较大的启动电流，难免会对电网造成冲击，影响煤矿空压机运行的可靠性。针对以上问题，设计涵盖空压机、空压机循环冷却水、机电运行状态和过程参数测量的PLC自动化智能监控系统，实时监测风包压力，利用模糊PID算法确认各机组的功率输出，再通过变频调速优化空压机组运行状态。

2煤矿空压机组工作原理

煤矿空压机组由空压机及压缩空气管道网络、冷却水及循环泵组、润滑及油气分离设备、过程监测与辅助设备等组成，总体结构如图1所示。地面空气先通过空滤器滤除杂质颗粒，电机拖动活塞杆下移，进气阀打开，空气进入空压机的机体。活塞杆反向压缩机体内空气，通过油量调节阀向机体内喷入冷却润滑油，并与压缩空气混合后进入油气分离设备。油和杂质尘埃等微粒与压缩空气分离，当压缩空气压力达到设定值，球形阀打开，压缩空气再经冷却干燥后输入井下管道网络。为确保井下风动工具与机械的正常使用和可靠运行，煤矿空压机组应始终处于待机运行状态，即空压机组输出应确保风包压力恒定。

图1煤矿空压机组总体结构

3系统硬件构成

空压机自动监控系统主控制单元硬件结构如图2所示。主站PLC使用S7-300PLC可编程控制器。该模块经济性较好，输入、输出量的类型及接口较多，集成输入量28个（数字量24个，模拟量4个），输出量18个（数字量16个，模拟量2个），该PLC模块能满足空压机的自动化控制的需要，不需要增设扩展模块，具有结构紧凑的特点。该系统采用抗电磁干扰隔离系统，确保输入数据信号不受空压机房设备运行产生的各种强电磁的影响，控制系统的稳定运行得到保障。从控制器采用CPU-224型可编程控制器，本控制模块含有RS-485串行通讯接口一个，数字量输入点14个，数字量输出点10个，同时可带多个扩展模块。本控制模块具有稳定、可靠性能，结构紧凑，同时具有可扩展功能，比较适合煤矿空压机站较复杂工况下的自动化控制。主控制单元硬件结构如图2所示。

图2主控制单元硬件结构

4控制程序设计

空压机自动控制程序采用结构化设计，每个子程序根据对应的功能事件进行编写。设备运行时需要进行某个特定操作时，控制操作的子程序将会被主程序调用并运行完成相对应的功能。该程序设计方法，思路清晰，容易编制，适用性较强，对程序的修改，设备与程序的联调也方便。图3为控制系统主程序框架图，上电为系统启动程序，系统开始设置参数及初始化，随后进入系统主程序，按照工作要求或是否有故障，主程序进行循环执行，在程序循环执行时监测收集空压机系统运行的相关参数，对其进行储存并加以分析，压风系统工作正常时，控制系统正常控制空压机的启停工作，当监测到参数经分析出现异常时，系统根据产生的原因、部位，执行中断软件并报警。

图3系统主程序框架图

空压机在运行中发生故障时，控制系统采集到相应数据后能对故障机组发出停机指令，并根据需要启动备用空压机组。此时发生故障的空压机组处于检修状态，不再受自动控制系统监控，避免故障空压机被系统误操作启动，直到排除所有故障能正常运行后重新连接到整个控制系统参与工作或备用。系统故障检测程序流程如图4所示。

图4故障检测程序流程图

5结语

本文研究的煤矿空压机自动化智能控制系统使用PLC实现对压风机的智能监控，大大减轻了工人的劳动强度，合理地分配了空压机的工作时间，减少了空压机的磨损，自动检测空压机的故障并报警，达到了空压机房的自动化控制目标。该系统在实际使用中运行可靠，减少能耗和减员增效明显，具有一定的经济和社会意义。

参考文献：

[1]梁慧斌，李学华.西门子PLC在空压机站智能控制系统中的应用[J].煤矿机械，2012，33（4）：208-211.

[2]郭荣，张国钧，安健.基于PLC的煤矿空压机及制氮机监控系统[J].仪表技术与传感器，2016（9）：72-74+78.

[3]赵学华，胡泳军，陈丽兵.基于PLC控制的煤矿空压机变频调速系统[J].煤矿安全，2009，40（4）：47-50.