空压机集中控制及在线监测报警系统分析

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【摘要】文章主要对于空压机集中控制及在线监测报警系统中关键技术进行分析，为了更好保障煤矿生产的安全，其一方面能够实现在线监测功能，另外一方面能够满足空压机的风量自动调节功能。

【关键词】PLC；空压机；在线监测；智能控制；报警

中图分类号：TP39

矿山生产的经济效益直接受到煤矿采煤生产中的空压机能否可靠运行的影响，因为矿井大量的风动机械的动力都是由其提供的。目前，诸多空压机组存在控制较为落后，操作存在一定缺陷的问题。一方面，其控制方式往往为就地分散式人工操作，需要值守人员24小时根据井下风量所需大小而进行手动启动或者停止空压机的操作，另外一方面，由于空压机组耗电量非常大，部分时间存在空载或者轻载状态下运行，这样机器受损较为严重，维护运行的成本也就相应比较高[1，2]。所以，要想提高空压机组的工作效率，延长设备的使用寿命，降低能耗，设计功能完善且操作方便的全自动集中监控系统就显得尤为必要。

一、监控系统构成

此煤矿压风系统是由井下三台SM-5123W型空压机和地面一台MOGF-9.6/8G型空压机构成，都是煤矿上用的单螺杆移动式空压机。本体控制体Delcos3100控制器都在每台空压机上配备，可以通过其的面板操作进行单台空压机的相关操作，操作包括查看运行状况、启停操作和设置运行参数等等。另外，RS-485通信接口在Delcos3100控制器进行配备，为了更好实现空压机组的集中监控，系统还支持ModbusRTU协议。

（一）空压机集中控制系统要求

1.为了实现空压机工况实时监测，这里集中监控系统选用西门子PLC，满足对于压力、温度、空压机运转时间以及相关电气参数的连续在线检测功能。2.为了更好提高系统操作的安全性和准确性，对于空压机以及相关气路系统自动联动控制能够实现，相关空压机的操作能够按照程序进行启动或者停止，自动化控制实现空压机水冷却循环系统。3.控制系统具备以下三种控制方式，包括就地手动控制、就地集控和远程集控。4.空压机在全自动运行过程中要求实现按需自动启停，为了满足均匀磨损的要求，还应该实现井上下空压机的均衡运行。5.配置一般型集中控制柜1台，使得空压机各种实时状态得以显示；配备隔爆分站一台，井下空压机房里面实现对空压机的集中管理；6.系统应该具备完成的报警功能，对于常见的系统故障进行保护和报警。7.满足对于自动化系统中的多种关键参数进行设定的要求，另外，还能现场采集各种模拟量进行相关的报警界限的设定。8.调度室内设置上位机系统，要求系统联入矿调度室，满足对于空压机系统的运转状态和相关的故障信号进行动态显示，同时，还能根据要求生成相关的运转报表，还能对于相关数据进行图形绘制等。9.系统还应该具备一定的故障诊断和分析功能。同时，在历史数据库中保存一定报警信息，日后可以进行方便查询。安全复位功能在故障排除以后得以再次实现。

（二）触摸屏配置设计

车间级的集中监控站是由西门子TP270-30型触摸屏组成。具有强大的数据采集和管理功能，良好的人机交互界面。通过设定的图形和菜单方式就能对于空压机的运行状态和实时数据进行监测，甚至可以实现对于空压机的利用上位机的远程控制。触摸屏操作避免的定时巡检记录的大量繁杂工作，可以通过直接显示空压机组的运行状况，大大提高工作效率。

（三）上位机配置

上位机的远程监控站采用PC机，能够满足网络在线监控空压机的运行状况的要求，能够具备数据实时查询和打印的要求。其中的远程监控的功能体现了管理自动化水平，方便了值班人员的调度，是煤矿信息化发展的方向。

二、通讯系统构成

1.现场设备通讯。RS-485接口被在PLC和Delcos3100控制器之间通讯中采用，具有设计简单和控制方便的特点。在实际情况中，单主站多从站的Modbus协议被采用为系统的通信协议，其中通讯模式为Modbus的RTU模式。负责电平转换和数据收发的RS-485，这是总线的物理层标准；总线上传输的数据帧格式则在Modbus协议上有所规定，构成总线的数据链路层协议，同时，主站和从站的数据传递也提供相应的通信规约，使得在主站和从站之间传递数据的可靠性得以保证，两者都同时可以构成RS-485总线。

2.触摸屏通讯。对于PLC和触摸屏之间的通讯来说，是通过MPI电缆连接PLC的MPI通信口，以及还有就是触摸屏的RS-485通信口。相关的通讯参数在组态时进行定义，比如所连接CPU的MPI地址和槽号等等，选择接口的类型为MPI，要想实现通讯只需要进行在波特率设置为187.5kbps后，然后进行简单的组态操作就可。

3.上位机通讯。上位机通过网络实现远程监控功能，PLC则是通过以太网模块CP343-1接入工业以太网，这样就构成PLC和上位机之间的通讯。其中，工业Ethernet为选择的结构类型，通信速率设置为100Mbps，还应该设置相关的PLC和上位机的IP地址。

三、软件设计

SIMATICSTEP7V6.5SP2编程软件包为开放环境，由于其具有结构化程序设计，程序可读性强，调试和维护方便。这里对于系统控制来说，其基本的控制要求如下：Delcos3100控制器控制手动状态的空压机，只收到在手自动转换开关作用下，这样能够对于机器检修和维护具有一定帮助。PLC进行集中监制自动状态且远程控制无效的空压机，这就是控制手自动转换开关方法，投入运行的空压机台数.维持风压能够满足井下用风的需要等等，这些都是PLC根据风压的变化而决定的。

四、结语

在本系统的设置中，需用性价比较高的PLC控制器，能满足对于现场设备支持的通信协议的兼容性问题，采用CP341模块作为Modbus主站的方案能够很好解决实际中存在的问题。该系统对于系统安全可靠运行具有重要意义，同时，能够切实提高空压机的运行效率，使得监控和管理的自动化成为可能。在煤矿系统运行的空压机组监控系统具有重要意义，可以在其他平台上推广使用。

参考文献：

[1]袁智，林岩，王海舰，等.矿用空压机智能联控及故障诊断预警系统研究[J].机电产品开发与创新，2012，25（1）.

[2]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）.