矿井压风系统无人值守自动控制改造

崔晋锋

（晋能控股煤业集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048000）

引言

压风系统是煤矿生产过程中重要的系统之一。传统的矿用压风系统自动化水平低，存在着过于依赖手动操作、操作人员劳动强度大、设备空载率大、系统故障维护困难、生产效率低等现象。随着工业以太网技术和PLC 技术的不断普及，矿井压风自动控制系统正在逐步投入使用。这种现代化控制和监测装置，除完成压风机的单机控制外，还可以通过工业以太网传输接口与设置在压风机房的PLC 控制柜连接，由调度监控指挥中心监控压风机等相关设备，最终实现压风机房的“无人化值守”[1]，实现信息化、自动化控制，提高工作效率和可靠性。

1 现场概况

岳城煤矿空压机房共安装四台寿力牌螺杆式空压机（LS20-150H 和LS25S-300H 型各两台），通过操作显示屏进行相关参数的显示和控制。空压机运行只能实现就地控制（可以自动加载、卸载），不能按照需求自动轮换运行，无法实现远程控制和监测，不具备数据信息共享，不利于安全运行管理。因此非常有必要对其进行自动控制改造，以提升系统可靠性。

2 研究内容

2.1 研究目标

对空压机房进行自动化改造，实现压风作业的自动化控制、数据采集、信息传输、故障报警、信息归档、报表生成等功能，实现压风机房的就地自动化启停压风机、远程监测、远程控制压风机无人值守的目的。

2.2 方案确定

根据方案设计思路，确定泵房自动化排水系统总体架构，具体如图1 所示。

由图1 可知，系统总体划分为三层结构，具体如下：

图1 系统总体框架图

1）管理层。即以工控机为主要设备的远程控制中心，通过局域办公网对工控机进行远程控制，并做好各类数据参数及指令的发送和终端反馈。

2）传输层。该层主要通过环网交换机、光纤等部件构建以太环网，将控制箱部分与压风系统、冷却系统的各类控制器、传感器开关等装置有效连接，保证各类指令数据传输可靠。

3）控制层。该层是基于PLC 主控制器和各类传感器、摄像仪、电动球阀和电动闸阀等执行机构，通过主站+分站模式，即通过主站控制各个分站，实现对压风机房压风系统的远程/就地自动启停、自动轮换、故障智能切换、自动诊断功能[2]。

3 压风系统设计

3.1 控制系统设计

由于压风机现由微型电子计算机控制器进行控制，且预留有RS485 通信接口，设计通过其485 接口统一接入新配置的PLC 控制器，进行数据交换，同时，新PLC 控制器配置有以太网模块，能够实现PLC 控制器与触摸屏和上位机的数据传输，实现对压风机的监测和控制，保证数据信息的正常传输。

3.2 视频监控系统设计

系统视频监控系统如图2 所示。

图2 压风机视频监控系统示意图

由图2 可知，本视频监控系统配置一定数量的摄像仪，可把整个压风机房及压风机配电室的图像实时传输至调度中心，并能够存储录像。在压风机房和压风机房运行室和配电室各增加一台网络高清摄像仪，摄像仪通过网线就近接入PLC 柜内交换机，实现远程视频监控；同时自动化控制系统软件中嵌入视频图像，当设备出现告警，上位机监控画面可自动弹出现场视频图像。实现控制系统和视频图像的联动控制。

3.3 上位机软件设计

地面控制中心的作用是远程监控压风机房设备，系统已开放通信协议，地面监控中心上的监控主机能够通过接入全矿井安全生产自动化控制网，在调度中心即可掌握压风机房压风系统设备的所有检测数据及工作状态。上位机系统配置具有OPC 服务功能的加密锁，在上位机软件内进行相应的OPC 驱动设置[3]，并对上位机进行必要的DECOM 设置，从而使得系统可以和其他具备OPC 通信功能的设备或系统进行数据交换，丰富系统数据的传输途径，为矿井后期的信息化建设打下基础。

3.4 系统界面设计

系统主界面中，操作人员可以看到压风机系统主要设备的运行状态，如排气压力、排气温度、电压电流和压风机运行状态、四台压风机控制方式显示、摄像头布置情况、网络状态、485 网络通信状态等。同时在该画面点击两个摄像头，就会自动跳转到摄像头控制画面，操作人员可以通过点击鼠标放大或缩小以查看压风机及周围情况，还可以监听压风机房声音，同时可以和压风机房工作人员进行对讲。在画面上点击任何一台压风机，就会自动跳转到该压风机运行界面，可以查看传感器报警情况、设备启停故障、运行时间及次数、电压电流参数、控制方式选择等。

4 现场应用及结论

对压风机房进行有效的自动化改造并对其应用之后增加检测数据，压风机的安全性得以提升，能够结合管网总压力对空压机的电机频率予以有效调整，以及能够在接入视频图像的前提条件下，实现压风机无人值守的监控功能，进而能够实现整体矿井自动化全面管理。