煤矿井上空压机自动集中控制系统研究_王继政.pdf

煤矿井上空压机自动集中控制系统研究王继政，（中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺；煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺）摘 要：空压机对运行状态具有较高的要求，需要严格控制，提高运行控制的可靠性。本文从硬件选型、控制方法、控制体系三个层面对煤矿井上空压机自动集中控制系统进行分析，采用多样化的控制模式，促使空压机集中控制，保证空压机的实时监控效果，使其能平稳、连续运行，确保集中控制系统能够发挥作用。关键词：煤矿工程；空压机；自动化；集中控制中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）空压机是保证煤矿安全生产的关键，需要对系统的运行状态进行分析，对系统的控制状态进行集中调度，提高系统运行的可靠性。空压机要采用自动控制形式，使其具有完善的控制环境，防止出现运行问题。空压机控制系统需要注重技术实现，使空压机具有稳定的控制状态，实现运行参数的自动采集与控制，确保空压机能稳定运转。煤矿井上空压机自动集中控制系统概述煤矿空压机需要具有稳定的控制形式，采用 总线通信作为控制途径，将 引入控制体系，便于实现集中控制。空压机一般处于自动运行状态，要注重自动控制技术的应用，对空压机运行状态进行全面检测，防止空压机运行时出现问题，确保问题能得到及时解决。将 作为空压机控制器后，便于将控制算法融入控制系统，使空压机运行控制更加平稳，确保运行控制的有效性。将 集成在控制柜中并与上位机建立连接，采用 方式进行通信，数据传输将更加准确，可以降低数据丢失的风险，增强上位机对空压机的控制效果。在空压机控制过程中，引入了视频监视器，采用图像采集方式对空压机进行检验，通过真实图像确定运行状况，使空压机能更好地发挥作用，将多种控制方式融入系统。煤矿井上空压机自动集中控制系统如图 所示。图 煤矿井上空压机自动集中控制系统 煤矿井上空压机自动集中控制系统实现 硬件选型 控制器 是实现空压机控制逻辑的关键，需要重视 选型过程，确保控制逻辑能顺利实现，使 能稳定工作。选用 可编程控制器，与矿井自动化环网进行接入，扩大控制系统的覆盖面，优化空压机状态监控效果。型 由 集成 通信，且带有 个 接口，满足现场控制要求，在集成控制方面具有可靠性，能与多种控制设备兼容，减少现场干扰的影响，确保控制过程的稳定性。具有完善的控制体系，对自动化网络具有协调性，通过数字量模块实现控制，便于对控制电路进行装载，提高输入、输出控制效果。同时，还集成了模拟量控制模块，采用 模块进行数字量和模拟量转化，进而发挥 对空压风机的控制优势。空压机变频器变频器用于进行空压机的转速控制，保证空压机转速的稳定，避免空压机产生多余能耗，具有节能控制作用。变频器选择 型号，采用中点嵌位式变频控制方式，构造高压大容量的变频控制，降低功率器件对电机的能耗。同时，变频器还具有降低同频电磁干扰的效果，降低干扰对控制过程的影响，保障空压机控制的性能。同时，采用三电平变频器控制，输出正、负、零三种电平形式，提高变频控制的有效性，降低变频控制的开关次数，防止变频控制过程中产生较大的波动。三电平变频控制具有良好的输出信号能力，但控制算法的复杂度会增加，需要针对控制算法展开设计，使其能在控制环境中稳定运用，使空压机具有安全的运行状态。DOI:10.13487/ki.imce.022877 流量变送器为了对空压机流量进行监测，需要为空压机安装流量变送器。为此，选用型号为 的流量变送器，测量精度为 级，测量范围为 ，具有可靠性强、精度高、寿命长等特点，适用于空压机流量监测环境。该流量变送器内部无可动机械零件，具有较强的耐冲击能力，不易因振动发生损伤，可保障监测精度的长期稳定。流量变送器技术参数如表 所示，确保在应用时处于参数范围内，防止超过控制参数的限定值，对流量控制效果造成影响。表 流量变送器技术参数技术参数控制指标测量精度 级、级、级流量范围 介质温度输出信号高电平：低电平：脉冲电流电源 或锂电池 防爆等级 温度传感器温度传感器可确定空压机的工作温度，对温度变化进行监测，当空压机温度超过限定值后，确保降温装置能够启动调节，防止出现因温度过高而影响空压机的工作状态。温度传感器选择 热电阻传感器，利用金属导体温度与电阻变化规律实现测量，对应规律可由下式表示：（）（）式（）中，为 时的电阻（）；为 时的电阻（）；为电阻温度系数；为被测温度（）。温度测量过程中，需要满足上式的要求，确保温度传感器能正常工作。同样，采用上式可实现精度校验，若无法满足要求，则需要对温度传感器进行更换，使温度检测能发挥作用。压力变送器压力变送器可实现对压力的检测与控制，确保空压机压力变化处于一定的范围，增强对压力的监测效果。压力变送器选择 系列，该系列适用于多种工业生产环境，可以扩大压力检测的作用范围。当压力发生变动后，材料电阻会发生变化，受到压阻效应的影响，公式表示如式（）所示：（）式（）中，为电阻（）；为变形前长度（）；为横截面积（）；为电阻率（）。压力变送器集检测与压力控制于一体，与 建立连接关系后，有利于控制过程的展开，保障空压机性能的稳定。测压元件将压力信号转化为电信号，范围在，与压力具有对应关系，实现对压力的精准检测。控制方法 变频控制空压机采用变频控制方式，采用 控制器进行控制，需要将控制算法编写到控制器中，保障变频器能得到有效控制。空压机变频器采用模糊 控制形式，由模糊控制对 控制参数、进行整定，针对误差对参数进行调整，提高对空压机的控制效果。变频控制是重要的调速控制方式，可让空压机具有稳定的转速，具有良好的运行状态。变频控制与压力控制器相结合，由 作为控制载体，将控制信号返回到，为模糊 控制过程提供依据，采用闭环控制的方式，确保控制参数能进行自动调节，使变频控制过程形成循环体系，满足空压机的自动控制需求，保障空压机能连续运转。集中控制煤矿井上空压机数量较多，需要采用集中控制方式，监测运行状态，实现集中控制。集中控制主要应用总线控制技术，将集成控制原理应用其中，将空压机运行状态传入总线，提高运行状态监测的有效性。集中控制的关键在于数据采集，需要借助传感器及变送设备，由 控制器对数据进行分析，结合控制算法展开控制过程，确保集中控制得以实现。在集中控制下，对数据进行汇总，便于对数据进行统一处理，有助于空压机异常状态的监测与排除。同时，可以对数据进行集中显示，使处理过程更加方便，明确空压机运行状况，保障空压机能正常启动，消除空压机运行时的故障，降低空压机运行的潜在风险，提高控制精度。闭环控制闭环控制是实现空压机自动调节的关键，要注重闭环控制原理的应用，确保控制功能的完善，构建闭环控制的界定条件。以压力控制为例，对闭环控制过程进行分析，控制流程如图 所示，根据压力状况对电机转速进行调节，使压力维持在一定的范围。空压机压力由压力变送器检测，假设测量压力为，压力精度应稳定在，属于正常压力范围。同时，需要规定低压和高压状态，采用压力值限定的方式，限定值分别为 和。通过、构成条件判断语句，若，则处于低压范围，需要将电机进行加速，使压力恢复正常；若，则处于正常压力状态，需对气压进行显示且保持；若，则处于高压范围，需要将电机减速，使压力恢复正常。图 空压机压力检测流程图 控制系统 集控系统空压机控制过程中要注重控制系统的应用，确保系统处于集中控制状态，将运行数据记录在系统内，便于对历史运行状况进行对比。集控系统由上位机、采集器（压力变送器、温度传感器等）等组成，属于集中控制不可或缺的单元，是集控系统能够顺利实现的重要保障。是连接采集器与上位机的重要中枢，负责对采集信号进行处理，并将之转换成上位机能识别的信号，实现对控制参数的转化。上位机是集中控制的显示单元，采用 软件编写，使上位机具有图形界面，便于对控制情况进行显示，使集成能发挥效益。上位机主界面如图 所示，可直观确定上位机的状态，对空压机的运行状态进行显示，将控制参数集中显示在同一画面下，使空压机的观测效果更加直观。图 上位机主界面 报警系统报警系统是及时发现空压机运行问题的关键，是使控制系统具有报警功能的重要保障，可以提高对异常状况的检测效果。空压机故障包括高温、高压等，需要确保故障监测手段的全面性，使故障监测手段得到有效应用，降低故障对系统运行的影响。当空压机出现故障后，控制界面中的空压机将进行高亮显示，并发出报警声，工作人员对显示的问题进行处理，使空压机恢复正常运行状态。报警系统具有故障诊断能力，根据空压机运行参数确定故障的范围，提高故障的处理速度，减少故障对系统的影响。以某空压机为例，在报警系统控制下，温度大于 将发出警报，大于将跳闸。报警系统会对报警和跳闸状态进行监测，由温度传感器监测温度，数据采集后由 上传给上位机，将报警状态显示在控制界面，使报警状态能够得到有效预警。结论综上所述，煤矿井上空压机系统应具备完善的控制形式，需要做好硬件的选型工作，确保控制过程能顺利实现。集中控制过程中，需要注重控制理论的应用，采用变频控制、远程控制、闭环控制等，使空压机具有稳定的控制状态，提高空压机状态检测的效果，构建有效的在线控制手段，保证空压机运行状态的稳定性。参考文献：丁远煤矿安全监控系统接入工业互联网关键设备研究煤矿安全，（）：刘芬光纤传输技术在煤矿监控系统中的应用煤矿安全，（）：王小龙，赵亮，张军煤矿井下钻孔群在线监测系统设计与应用煤矿安全，（）：王恒晓基于多源数据融合的煤矿安全态势感知分析平台研究煤矿安全，（）：冯春花，张明慧基于物联网的煤矿安全监管体系变革探讨煤矿安全，（）：林俊煤矿矿用设备标准体系研究与构建煤矿安全，（）：王鹏飞螺杆式空压机在煤矿领域应用的要点分析当代化工研究，（）：翟冬玉煤矿用空压机的安全使用及检验检测方法研究河南科技，（）：裴利星煤矿空压机设备节能研究与改造应用机械管理开发，（）：巩炜，付天有，陈劭，等煤矿空压机自动报警灭火装置设计与应用煤炭技术，（）：作者简介：王继政（），男，辽宁庄河人，本科，工程师，研究方向：煤矿安全。