煤矿压风制氮系统集控改造及应用
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇煤矿压风制氮系统集控改造及应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要： 本文对空压机、制氮机控制系统进行集控改造，建立统一的操作平台实现集中控制，为煤矿生产节能降耗以及数字化矿山建设打下基础。
Abstract： This paper reforms the control system of air compressor and nitrogen machine to establish a unified operating platform to achieve centralized control and lays a foundation for the energy saving of coal mine production and the construction of digital mine.
Key words： air-pressurized nitrogen-making system；centralized control reform；digital mine
中图分类号：TD6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）24-0271-02
1 改造的必要性
风机远程集控系统是空压机自动化控制的一个重要组成部分，是提高生产效率，实现高产、优质、安全、节能生产目标的有效途径。现空压机设备已使用较长时间，现场阀门较多，无统一的监控平台，难于同时对多台设备进行全面监控。为保证设备安全运行，减轻工人的劳动强度，对空压机控制系统进行改造，建立统一的操作平台实现集中控制。
2 压风制氮集控系统方案设计
2.1 系统结构
压风制氮集控系统主要由上位机和系统软件组成。本文以西门子S-300PLC为控制系统核心，与上位计算机、电动阀门、各子系统、各感器等组成PLC分布式监控系统。总体结构可以分为三层结构：数据感知层、PLC控制层和监控信息层。
2.2 总控制柜技术参数
供电电源：AC220V，50HZ
电源输出：DC24V ：为现场各传感器供电。AC220V：各设备输入信号采集查询电源。
采集信号：
①开关量输入（DI）：每个DI模块具备32路无源接点输入，模块数量根据受控设备数量进行调整。
②开关量输出（DO）：每个DO模块具备32路无源接点输出，模块数量根据受控设备数量进行调整。
③模拟量信号输入（AI）：每个AI模块具备8路模拟量信号输入，可根据接入信号更改配线以便接入电流信号、电压信号及PT电阻，模块数量根据传感器数量进行调整。
④模拟量信号输出（AO）：每个AO模块具备4路模拟量信号输出，用于控制变频器运行频率。
通信接口：
① CPU以太网电接口：2路，10/100 Mbit/s自适应；
工业交换机：2光8电，10/100 Mbit/s自适应。
② PROFIBUS-DP接口：1路，参数可通过STEP7进行修改。
③RS485通讯接口：1路，其通讯参数根据通讯设备可进行设置。
2.3 系统功能
2.3.1 压风机控制
由于压风机原有系统无就地、集控选择开关，则需要增加就地/集控/远程的切换功能从而选择控制方式。
就地控制：各台压风机保持现有操作方式及系统功能不变。
集控手动：由现场监控站实现对空压机原有控制系统的启动、停止、急停控制，其系统自带的保护功能依然可以使用。
远程手动：由远程监控站实现远程对空压机原有控制系统的启动、停止、急停控制，其系统自带的保护功能依然可以使用。
自动控制（无人值守）：在联控柜上设定相应的数据参数后，空压机系统可依据现场用气量，实现机组的自动运行和停止。
报警提醒与备机自动启动：当系统当前机组出现故障时，可自动启用备用机组以满足现场对压缩空气气量需求。
机组自动轮换：机组可实现自动轮换，以确保各机组的运行时间大致相近，最大程度保证各空压机的运转时间均衡。
节能：采集最终用气端压力，经PLC内部运算，以最经济模式开启空压机，从而达到节能目的。
2.3.2 制氮系统控制
制氮系统可以通过就地/远控转换开关选择控制方式：就地方式下制氮系统使用柜体上操作按钮手动操作；远控方式下交由总控系统进行远程控制。
远控状态下，上位机操作界面显示有本地/远程切换按钮：本地时由现场监控站实现对制氮系统的启动、停止控制等控制；远程时由调度中心监控站控制，现场只具备急停功能。
2.3.3 冷却水泵控制
现场增加冷却水泵控制分站，分站具备就地、集控转换开关，上位机具备集控/远控选择开关，从而进行水泵就地，集控，远控控制切换。
就地方式下水泵控制保持现有操作方式及系统功能不变。
集控方式下由现场监控站实现对冷却水泵的启停控制，其原有保护功能不变。
远控方式下由远程监控站实现对冷却水泵的启停控制，其原有保护功能不变。
集控及远程方式下，系统可以根据水温自动选择投入水泵数量，从而增加流量使水温降低。
2.3.4 电动阀门的控制
现有手动阀门均更换为电动阀门，其阀体具备现场、远方选择按钮，可实现远程操作，系统可监测阀门开、关到位情况及过力矩等故障。
就地控制：阀体上的转换开关打到“现场”位置，可通过阀体上的旋钮控制阀门开关。
集中控制：阀体上的转换开关打到“远方”位置，上位机的集控/远程选择开关切换至集控方式，由现场监控站实现对各阀门的开关控制。
远程控制：阀体上的转换开关打到“远方”位置，上位机的集控/远程选择开关切换至远程方式，由远程监控站实现对各阀门的开关控制。
3 报警参数修改功能
系统可根据实际需要设定各报警（如超温、过压、欠压、高水温）等参数。
4 检测计量及保护故障报警功能
当系统发生故障停机或传感器监测点报警（例：超压、超温、断水等故障）时，工控机屏幕上会显示相应的文字或图案、发出语音报警并记录故障信息（包括故障性质、故障地点及发生故障的时间等）。系统自动根据报警的设备和部位作出相应的停机处理（根据预先设定的报警级别进行处理）并投入备用机组，避免故障的发生和扩大及影响井下供风。
5 数据采集功能
系统通过PLC可方便地采集现场的设备开/停及故障状态，容器、管道压力，排气温度，氮气浓度、流量，冷却水水温、流量等实时数据，统计主要设备运行时间（为安排设备检修提供参考依据）、故障状态等，实时数据参与系统控制。
6 显示功能
三台上位机，一台由现场操作人员监控，实现现场集中控制；两台由调度中心人员监控，以实现远程控制，两台上位机一主一备。三台上位机可同时显示各设备运行状态，各管路的选择及压力、温度、水位等实时信息，当发生故障及报警时会出现文字及颜色变化等动画显示及语音报警提醒操作人员系统发生故障。
7 系统效果展示（如图1-图3）
8 系统效益分析
本次需要集中控制的设备，分别是6台空压机，每台空压机250kW，通过集控自动化改造，可有效控制设备运行频率，其中3台空压机使用变频器控制。
工频空压机的卸载率为30%，每天工作时间24小时，每年8760小时，那么就可以得出以下结果：
工频的用电量={250×70%+250×30%×70%}×8760H=1992900kW・h
变频的用电量=250×70%×8760H=1533000kW・h
全年可节省的电量=1992900-1533000=459900kW・h
如果电价以0.7元/kW・h计算，则变频调速比工频运行每年可节约电费32.2万元。
参考文献：
[1]GB16423―2006，金属非金属矿山安全规程[S].
[2]GB50070-2009，矿山电力设计规范[S].
[3]GB12173-90，矿用一般型电器设备[S].