俄霍布拉克煤矿空压机组远程集中控制系统研究与应用
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0 概述
空压机采用集中监控的目的是解决空压机运行的不稳定性及压风机组操作和运行管理效率低，浪费人财物的问题，其主要靠智能化的逻辑判断和控制实现对压缩机及其辅助设备的自动控制、远程监视和优化管理，保证整个空压机站房系统的安全可靠、经济高效运行，实现无人值守，以提高矿井的自动化水平，提升企业经济效益。
1 设备配置
目前俄霍布拉克煤矿（简称俄矿）空压机站房配置英格索兰ML200-2S螺杆空压机4台，采用英格索兰专用SG控制器，参数为：容积流量41.5m3/min，排气压力0.75MPa，风冷方式，排气温度不超过60℃，功率200kW，电压6kV，实测比功率不大于4.82kW/m3/min，空压机具有过载，排气超温、超压，油压超压、欠压，电源缺相、短路、漏电、防自启动等保护，人工操作、巡查，未实现自动控制。
2 集中控制系统技术指标
为提高自动化水平和减人提效，经过考察，俄矿空压机远程监控系统选用英格索兰ACS4000空压机监控系统，达到如下技术指标：
（1）实现4台空压机的集中控制，自动主备机无人值守、联锁控制；
（2）系统压力自动控制，稳定在0.8MPa左右；
（3）自动排定运行次序，实现主备机切换；
（4）电流、电压、温度、压力检测和监视；
（5）自动故障报警、记录、诊断处理；
（6）自动生成相关数据报表，自动生成相关历史分析曲线；
（7）具备工业以太网接口，实现远程急停、远程监控，具备远方启动时站房、集控室、调度室（需授权）三方启动预警和延时启动。
3 ACS4000控制系统特点
（1）单点压力控制。标压力是通过系统中的单点设定压力进行传感控制而不是分级压力控制，从而使系统压力很好的维持在设定的目标压力范围内；
（2）控制性能高可靠。ACS4000系统通过使用防止多台压缩机同时加载（有序加载）的逻辑控制来避免造成电源冲击波动，保证系统安全可靠的运行；
（3）控制方式灵活。户可以设定最多8个压缩机的行顺序，从而实现对压缩机装置的个性化主备机控制，以更节能方式为用户提供指定压力范围内的合格压缩空气；
（4）抗干扰能力强。现场信号传输均采用屏蔽电缆传输，屏蔽层可靠接地；高压电缆、信号电缆、数据电缆均采用隔离线束敷设；屏蔽接地母线和外壳之间连接采用低阻连接等措施保证系统能够正常可靠运行。
4 控制系统主要配置
ACS4000控制系统组成：硬件由上位机（含有站房监控软件）、传输光缆、光端机、现场监控主机（含监控软件）、电流、电压变换器AI、压力变换器PT，空压机SG，等部分组成。如图1所示（预留2台位置）。
图1 控制系统结构图
4台高压柜的电流、电压检测和母管压力、排气温度等检测的配置。从高压开关柜出来的电流、电压经电流、电压变送器后送入PLC模块，同时将采集到的排气温度、母管压力等信号送入PLC输入模块，用于系统实时监视。传感器实时采集物理量信号，为减少传输误差，提高检测精度，均选用性能可靠，寿命长的变送器，输出标准4-20mA电流信号，配以二线制RWP电缆单独传送，提高了整套系统的可靠性。
压力变送器采用GPT系列，是一种能够将压力信号直接转换为4-20mA标准电流输出的压力变送单元，其核心传感器采用了进口器件，由传感器生成的电信号经过电流转换，形成与被测压力成正比的4-20mA标准输出。变送器良好的密封、散热和抗震、耐腐蚀性能，具有长线抗干扰能力能够在恶劣环境下长期工作。
5 系统主要功能
5.1 压力控制
在工控机触摸屏上，用户可以设定目标压力范围，ACS4000自动使系统的压力控制在设定的范围之内。系统以母管压力为依据，设定4个阀值，分别为停机值、卸载值、加载值和开机值。控制系统不断地计算、比较来自控制器的数据，一旦ACS4000检测到系统压力低于设定目标压力下限时，就会自动按照设定的空压机运行次序加载相应的空压机；在系统压力高于设定目标压力上限时，控制系统将自动按照设定的空压机运行次序卸载相应的空压机，空压机长时间卸载后将会自动停机，以节省能源消耗。一旦出现压力超标的数据信息及机组运行改变的信息后，就会发出指令给现场控制台，自动减少或增加空压机组，以达到压力的稳定，并即时发生报警，要求确认，且根据现场自动地调整各空压机运行模式，具体实现过程如下：
5.1.1 自动加载
空压机开启后，在运行空压机中最低优先级的那台空压机是处于调节状态，它会随着负载的增加而自动加载。
5.1.2 自动卸载
空压机开启后，系统将总管压力设定值与实际的总管压力值进行连续判断，如果高于设定值自动将最低运行优先级的空压机卸载阀放空，保证系统压力不高于设定压力。在运行空压机中最低优先级的那台空压机是处于调节状态，它会随着负载的减少而自动卸载。其它空压机满负荷运行，保证最高效能。
5.1.3 自动停机
空压机在运行中发生故障或系统中的设备在运行中发生故障时会自动停机，一般全卸载持续15min后会自动停机。
5.2 次序控制（主备机控制）
用户预先在ACS4000系统上为空压机设定运行次序（最多8个运行次序，编号为A-H），ACS4000控制系统则将根据预先确定的顺序切换条件（时间或事件）进行运行顺序的切换，无需操作人员的干预。例如，顺序A为1-2-3-4-…-C；顺序B为C-…-2-3-4-1，则当系统压力低于设定目标压力下限时，若当前顺序为A，系统将按照1，2，3…，C的顺序依次加载对应的空压机，加载新的空压机时，当系统压力高于设定上限时，将按相反的次序C，…8，7，6，…1卸载或停止对应的空压机，从而系统的压力将控制在设定的范围之内。如果顺序为B，则系统将按照C，…，3，4，1的顺序加载对压机和按相反的次序卸载空压机。
次序切换（相当于主备机倒机）在设定的切换时间到达时自动进行切换，或者人为进行强制切换，从而使每台机运行时间趋与均衡。
5.3 安全控制（自动故障处理）
ACS4000控制系统掉电不影响空压机的运行状态，即所有的空压机将保持当前的状态，同时回到本地控制，即在系统进入自动运行后，任何一套空压机系统设备在运行过程中，出现故障，设备从远程控制切换为现场控制，设备由自动控制改为计算机手动控制。
系统一检测到空压机的故障跳机，且系统压力低，将自动检索当前的运行次序，起用最临近的备用空压机。如果下一套空压机系统设备已经处于运行状态中，则转而启动再下一套空压机系统设备，依次类推。
5.4 动报警处理
空压机的报警与故障状态将实时反应到就地ACS4000的触摸屏监视界面，同时反应到远程的监控计算机，故障都将进入上位计算机的事件数据库，方便进行历史查询。
①系统对空气过滤器发出开启信号后5秒内没有接收到开启信号反馈，系统会发出故障报警，系统对空气过滤器发出关闭信号5秒内没有接收到关闭信号反馈，系统会跳出故障报警，该设备如有故障报警，系统自动进入故障处理程序。
②系统对阀门发出开启信号后5秒内没有接收到开启信号反馈，系统会发出故障报警，系统对阀门发出关闭信号后5秒内没有接收到关闭信号反馈，系统会发出故障报警，该设备如有故障报警，系统自动进入故障处理程序。
③系统对冷干机发出开启信号后180s内没有接收到开启信号反馈，系统会发出故障报警，系统对冷干机发出关闭信号后180s内没有接收到关闭信号反馈，系统会发出故障报警，该设备如有故障报警，系统自动进入故障处理程序。
5.5 系统就地控制柜触摸屏功能
①重要参数设置（如目标压力值，控制顺序等）；
②系统母管实时压力值的显示；
③机组实时运行状态显示，系统状态监视：
系统不间断地接收和发送控制器的数据信息在监控器上显示。包括：空压机运行/故障状态显示；运行/停止状态显示；加载/卸载状态显示；综合故障状态显示；机组排气温度、排气压力显示。
系统定时地将接受的数据存在管理微机中的数据库，作为历史记录，以备日后进行分析、经验总结和事故处理等使用。具体可执行：开、停机的实时记录；历史压力曲线的记录；实时压力曲线的建立；报警信号及事件的报表打印。
④远程启停、加卸载功能。
5.6 系统上位机功能
①画面集中监视系统所有空压机运行状态；
②SG空压机的运行/停止状态，加载/卸载状态，综合故障状态，机组排气温度，机组排气压力，详细故障报警；
③上位机上远程手动起停操作设备；
④联动控制参数修改与设定，报警信息存储；
⑤过程参数曲线显示。
6 系统典型控制模式
6.1 系统控制的管理层次
如图2所示，监控系统管理层由空压机站房、车间集控室、矿调度三个层次构成。站房、车间值班室可以授权操作，矿调度室授权只有只能监视不参与控制。
图2 监控系统管理层次
6.2 站房监控系统
6.2.1 监控系统图。如图3所示。
图3 监控系统图
6.2.2 监视界面a。参数的监视界面如图4所示。
图4 监视界面a
6.2.3 监视界面b。系统流程运行工况监视图，如图5所示。
图5 监视界面b
7 使用效果
7.1 系统压力稳定，节约能量
如图6示，未使用集控系统时，多台空压机的加卸载顺序是通过在空压机本机上的加/卸载压力带级连设置一个梯度来实现，这样系统压力波动较大，且造成能源浪费。
如图7示，使用集控系统以后，集控系统根据系统母管实时压力来集中控制4台空压机的加卸载，为单点压力控制，可以稳定系统压力在一个比较小的压力带内，为用户提供稳定压力，节约能量。
（下转第345页）
（上接第336页）
图6 未使用控制系统前
图7 使用控制系统后
7.2 设备无人值守，减少操作运行成本
应用了ACS4000系统，空压机站房可实现自动运行，现场无需配置操作人员，可节约人力运行成本。
7.3 自动故障处理，减少潜在的生产损失
系统中某台空压机故障后，ACS4000将提示报警停机，并在压力变化的情况下自动启用控制顺序中相邻的备用机，保证系统压力的稳定和正常的生产。
7.4 强大的上位机管理功能
对空压站设备运行监视，故障信息记录，分析，自动生成相关数据报表、历史曲线，有利于空压机运行分析，优化企业管理。
8 结论
空压机运用远程集中控制系统，实现对多台空压机组的系统控制，通过智能化的判断来控制空压机最佳的运行组合，根据矿井生产实际需求及时调整空压机运行数量和运行组合，维持压力稳定，使参与运行的空压机都处于高效运行状态，减少电力消耗；由于系统采用远程智能控制、自动操作，站房实现无人值守，达到减人提效目的；各台空压机循环工作，耗损度及保养期大致相同，从而可集中检修，节省费用。系统整体运行稳定可靠，安全高效，值得大力推广应用。