1、1煤矿压风制氮系统集控改造及应用摘要： 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 pr
2、oduction and the construction of digital mine. 关键词： 压风制氮系统；集控改造；数字化矿山 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
3、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。 22 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： 开关量输入（D
4、I）：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。 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。 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。 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： CPU 以太网电接口：2 路，10/100 Mbit/s 自适应； 3工业交换机：2 光 8 电，10/100 Mbit/s 自适应。 PRO
5、FIBUS-DP 接口：1 路，参数可通过 STEP7 进行修改。 RS485 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
6、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4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、
7、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
8、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。 5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
9、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
10、，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6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=25070%+25030%70%8760H=1992900kW?h 变频的用电量=25070%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： 1GB164232006，金属非金属矿山安全规程S. 2GB50070-2009，矿山电力设计规范S. 3GB12173-90，矿用一般型电器设备S.
