1.主要設(shè)計依據(jù)

      2016版《煤礦安全規(guī)程》

2020版《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系基本要求及評分辦法》(試行)

AQ1013-2005《煤礦在用空氣壓縮機安全檢測檢驗規(guī)范》

AQ6201《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》

AQ2055-2016《金屬非金屬礦山在用空氣壓縮機安全檢驗規(guī)范》

2.簡介

空壓機產(chǎn)生的壓縮氣體是風(fēng)鉆、噴漿機、礦井上下操車設(shè)備、工廠自動化設(shè)備等各種氣動設(shè)備的動力源，壓縮空氣壓力較高，而且要儲存在壓力容器中，是比較重要的安全設(shè)備之一。常用的螺桿式空壓機的主要運行部件含主電機和壓縮機機頭等，潤滑及冷卻方式普遍采用油循環(huán)裝置，空壓機自帶獨立的運行控制系統(tǒng)。多臺空壓機站群采用多臺分散控制方式，常規(guī)的空壓機控制系統(tǒng)包括必要的內(nèi)部運行參數(shù)監(jiān)控，控制傳感器無冗余，當(dāng)控制系統(tǒng)傳感器等異常時，存在氣壓過高、溫度過高等安全隱患。我公司開發(fā)的在線監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)不間斷的設(shè)備運行狀況監(jiān)視，具有氣壓超限報警、溫度超限報警、斷油報警等，并且在出現(xiàn)超限報警時，立即控制空壓機停機，確?？諌簷C運行安全。多臺空壓機集群使用時可實現(xiàn)集群控制、自動值守聯(lián)動控制，提高了空壓機的自動化程度，保障其安全可靠運行，對礦山空壓機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、過程控制、生產(chǎn)調(diào)度和決策指揮具有重要意義。

3. 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)以監(jiān)控分站、通訊控制箱、PLC控制柜、遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器（上位機電腦）等組成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，其中，監(jiān)控分站連接各種傳感器，實時獲取當(dāng)前設(shè)備的運行參數(shù)，包括溫度、壓力、振動等數(shù)據(jù)，監(jiān)控數(shù)據(jù)在監(jiān)控分站實時顯示，同時監(jiān)控分站也具有超限聲光報警及遠(yuǎn)程指令執(zhí)行功能，當(dāng)不需要遠(yuǎn)程監(jiān)控時，可作為獨立的振動、軸承溫度、斷油及超溫保護(hù)裝置單獨運行，具有獨立的超溫超壓、斷振動及軸承溫度保護(hù)功能。

PLC控制柜內(nèi)安裝專用的協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備及PLC控制器和觸摸屏，現(xiàn)場所有監(jiān)控分站的監(jiān)控數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，通過數(shù)據(jù)總線連接到PLC控制柜，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換、邏輯控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程電腦或者礦山智慧化平臺，PLC控制箱支持多種數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，最大程度滿足數(shù)據(jù)接入及特定協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)，兼容多種礦山智慧化平臺接入?yún)f(xié)議。

遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器（上位機電腦）是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集中控制中心，采用萬點并發(fā)高速通訊組態(tài)軟件系統(tǒng)自主開發(fā)，可快速獲取監(jiān)控系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)，同時具有曲線顯示功能，可以為空壓機的運行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)分析，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，避免嚴(yán)重故障的發(fā)生。 

系統(tǒng)組成框圖如下：

1.無PLC控制柜架構(gòu)

   本系統(tǒng)采用多個監(jiān)控分站實現(xiàn)多臺空壓機的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控功能，可將多臺空壓機的運行狀態(tài)信息遠(yuǎn)程到控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，實現(xiàn)基于上位機電腦的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)的優(yōu)點是各個監(jiān)控分站既可以獨立對空壓機進(jìn)行運行狀態(tài)保護(hù)，又可以遠(yuǎn)程控制。存在的弊端是，當(dāng)上位機電腦關(guān)機或者異常死機，以及遠(yuǎn)程通訊意外中斷時，自動輪值控制功能會失效。

     2.含PLC控制柜架構(gòu)

     本系統(tǒng)采用多個監(jiān)控分站實現(xiàn)多臺空壓機的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控功能，可將多臺空壓機的運行狀態(tài)信息遠(yuǎn)程到控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，實現(xiàn)基于上位機電腦的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)的優(yōu)點是各個監(jiān)控分站既可以獨立對空壓機進(jìn)行運行狀態(tài)保護(hù)，又可以遠(yuǎn)程控制。同時實現(xiàn)基于PLC控制的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)對于空壓機系統(tǒng)的自動輪值功能做了最大程度的強化，不依賴上位機電腦實現(xiàn)自動輪值控制，當(dāng)上位機電腦關(guān)機或者異常死機，或者遠(yuǎn)程通訊意外中斷時，自動輪值控制功能依然能夠正常運行。

    3.獨立PLC控制柜架構(gòu)

              本系統(tǒng)架構(gòu)不采用監(jiān)控分站進(jìn)行自動輪值控制，所有的監(jiān)測信號直接連接到PLC控制柜內(nèi)，現(xiàn)場接線復(fù)雜，工程量增大，工作穩(wěn)定性和以上架構(gòu)基本一致。

4. 主要功能簡介

4.1 監(jiān)控對象

系統(tǒng)在線監(jiān)測多臺空壓機的運行狀態(tài)，包括工作壓力（包括空壓機排氣壓力、風(fēng)包壓力、是否斷油）、溫度（包括風(fēng)包溫度）以及其他電氣參數(shù)（包括電機電流、電壓等）等，可控制多臺空壓機的遠(yuǎn)程啟動和停止。

4.2 主要功能

（1）儲氣罐超溫保護(hù)功能

     監(jiān)控分站可實時監(jiān)測儲氣罐內(nèi)溫度，當(dāng)溫度超過120℃時，可立即報警，并控制空壓機緊急停機。本功能符合煤礦安全規(guī)程中第四百三十九條  空氣壓縮機的風(fēng)包，在地面應(yīng)設(shè)在室外陰涼處，在井下應(yīng)設(shè)在空氣流暢的地方。在井下，固定式壓縮機和風(fēng)包應(yīng)分別設(shè)置在2個硐室內(nèi)。風(fēng)包內(nèi)的溫度應(yīng)保持在120℃以下，并裝有超溫保護(hù)裝置，在超溫時可自動切斷電源和報警。

（2）斷油保護(hù)功能

     當(dāng)空壓機運行過程中，出現(xiàn)潤滑油路異常時，立即報警并控制空壓機緊急停機。本功能符合煤款安全規(guī)程中第四百三十七條  空氣壓縮機必須有壓力表和安全閥。壓力表必須定期校準(zhǔn)。安全閥和壓力調(diào)節(jié)器必須動作可靠，安全閥動作壓力不得超過額定壓力的1.1倍。使用油潤滑的空氣壓縮機必須裝設(shè)斷油保護(hù)裝置或斷油信號顯示裝置。水冷式空氣壓縮機必須裝設(shè)斷水保護(hù)裝置或斷水信號顯示裝置。

（3）電機振動及軸承溫度保護(hù)功能

     電機運行過程中，出現(xiàn)振動量及主要軸承溫度超過設(shè)定值時，立即報警，并控制空壓機緊急停機。本功能符合《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系基本要求及評分方法》第143頁，項目內(nèi)容壓風(fēng)系統(tǒng)第11.使用低耗、先進(jìn)、可靠的電控裝置，有電動機及主要軸承溫度和振動監(jiān)測；

（4）聯(lián)動控制

     系統(tǒng)實時動態(tài)監(jiān)控供氣管路壓力，根據(jù)壓力的變化，自動控制空壓機的啟停臺數(shù)，避免用氣需求下降時空壓機空轉(zhuǎn)運行，或者頻繁加卸載。當(dāng)用氣需求增加時，可自動按需投入待用空壓機臺數(shù)。主運行空壓機和待用空壓機的啟停順序，可通過觸摸屏及上位機電腦實時調(diào)整。從而實現(xiàn)空壓機自動輪值、自動按需啟停功能

     通過用戶設(shè)定空壓機運行的優(yōu)先級，可自動定時切換主運行空壓機，使空壓機均勻運行，使磨損量相對平衡，使維護(hù)時段相對集中，便于維護(hù)保養(yǎng)。

（5）數(shù)據(jù)記錄功能

     各監(jiān)控分站及上位機電腦均具有數(shù)據(jù)記錄及曲線顯示功能，可隨時查看空壓機運行數(shù)據(jù)及報警數(shù)據(jù)。上位機電腦運行數(shù)據(jù)可生成報表，可用于打印機存檔查詢。

（6）通過以上空壓機運行監(jiān)控功能配置，可實現(xiàn)空壓機站房無人值守，節(jié)省人工勞動量，節(jié)省運行成本。同時配置的監(jiān)控保護(hù)功能，可滿足空壓機安全檢測的全部要求，順利通過檢測中心的安全檢測。

（7）選配功能

        儲氣罐自動排水功能，空壓機長時間運行時，儲氣罐內(nèi)會出現(xiàn)冷凝水，需要定期排水。配置自動排水功能后，可實現(xiàn)自動定時排水，或者遠(yuǎn)程啟動排水功能。在寒冷地區(qū)，為了避免排水管路結(jié)冰，需要增加排水管路加熱功能。

    本功能是空壓機站群無人值守功能的完善與補充，客戶根據(jù)需要自行選擇。

5. 硬件設(shè)置

每臺空壓機配置一臺監(jiān)控分站，用于數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制，并具有參數(shù)顯示功能及現(xiàn)場操作功能。監(jiān)控分站和集中控制站通過PLC控制柜組成控制網(wǎng)和MODBUS通訊網(wǎng)?，F(xiàn)場監(jiān)控分站做系統(tǒng)分布式控制與數(shù)據(jù)采集。系統(tǒng)配置一臺標(biāo)準(zhǔn)PC或者上位機作為遠(yuǎn)程上位機，安裝運行專用軟件。PLC控制箱與上位機采用高速網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通訊，當(dāng)通訊距離較遠(yuǎn)時，數(shù)據(jù)傳輸可采用光纖傳輸或者網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸，將PLC控制柜與上位機系統(tǒng)組網(wǎng)，在調(diào)度室的上位機上實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。主要硬件設(shè)備介紹如下：

5.1監(jiān)控分站

      采用定制PLC+觸摸屏的系統(tǒng)架構(gòu)，實現(xiàn)空壓機外部運行數(shù)據(jù)的采集，如：儲氣罐內(nèi)溫度、電機振動、軸承溫度、潤滑油路狀態(tài)等。監(jiān)控分站單獨配置聲光報警器，可立即鎖定報警位置。各監(jiān)控分站均有數(shù)據(jù)上傳接口，可將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時上傳到PLC控制柜。

5.2通訊控制箱

      通訊控制箱是通訊接入和轉(zhuǎn)發(fā)的主要設(shè)備，是Modbus通訊網(wǎng)與高速數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)多路485信號的接入與協(xié)議轉(zhuǎn)換，將Modbus通訊網(wǎng)的采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為高速網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換接入礦山通訊環(huán)網(wǎng)，或者轉(zhuǎn)換為光纖鏈路，進(jìn)行高速數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

5.3 PLC控制柜

       采用西門子S7-200 Smart標(biāo)準(zhǔn)PLC，并配置現(xiàn)場顯示觸摸屏及通訊模塊，實時采集顯示各個監(jiān)控分站的監(jiān)測數(shù)據(jù)及空壓機內(nèi)部運行數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的邏輯控制軟件。實現(xiàn)系統(tǒng)保護(hù)及空壓機動態(tài)啟?？刂啤?/span>PLC控制柜內(nèi)，同時設(shè)置通訊控制箱所有功能，設(shè)置高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換接入礦山通訊環(huán)網(wǎng)，或者轉(zhuǎn)換為光纖鏈路，進(jìn)行高速數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

5.4 遠(yuǎn)程上位機電腦

       采用高配置標(biāo)準(zhǔn)PC作為上位機電腦，運行專用系統(tǒng)軟件，對運行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控及數(shù)據(jù)記錄等。

6.控制功能實現(xiàn)原理介紹

6.1空壓機斷油保護(hù)：

斷油保護(hù)是通過檢測空壓機注油壓力來對空壓機實施保護(hù)停機的裝置，其目的是當(dāng)空壓機油濾堵塞、油路堵塞、系統(tǒng)無油時，對空壓機進(jìn)行停機保護(hù)，如空壓機運行時因潤滑油量不足將導(dǎo)致空壓機機頭損壞，嚴(yán)重時會出現(xiàn)卡死、黏連、甚至起火事故。

6.2儲氣罐超溫、超壓保護(hù)：

超溫、超壓保護(hù)是通過對儲氣罐內(nèi)壓縮空氣的溫度及壓力進(jìn)行檢測并實施保護(hù)功能。其目的是因為空壓機排放的壓縮空氣是高溫高壓氣體，且空氣中含有微量空壓機油，空壓機油在高壓空氣內(nèi)成霧狀，如管道內(nèi)有碎屑等雜物，在壓縮空氣流動時雜物與管道內(nèi)壁摩擦極易產(chǎn)生靜電、火花，此時會引燃出氣管內(nèi)氣體，如不能及時保護(hù)停機，則會因為燃燒使儲氣罐內(nèi)氣體膨脹，壓力瞬間加大，將會出現(xiàn)管路爆炸，造成不可挽回的嚴(yán)重后果。

6.3電機振動、繞組溫度及軸承溫度保護(hù)

   6.3.1通過在電機上安裝專用振動傳感器，實時測量電機的振動量，當(dāng)振動量超過設(shè)定的報警值時，立即報警提示，并緊急停機，避免重大事故發(fā)生。

空壓機聯(lián)控及在線監(jiān)測

   6.3.2通過在電機表面安裝溫度傳感器，感知電機表面溫度，從而反應(yīng)出繞組的溫度變化，由于熱傳導(dǎo)作用，測量結(jié)果與繞組實際溫度基本一致，偏差在允許的范圍內(nèi)，可以反映出繞組的溫度。

   6.3.3通過在電機軸承端蓋上安裝外置的溫度傳感器，實時測量軸承端蓋的表面溫度，從而反應(yīng)軸承的實際溫度，由于熱傳導(dǎo)的作用，測量結(jié)果與軸承實際溫度接近，偏差在允許的范圍內(nèi)，可以實際反映出軸承的溫度變化情況。

6.4控制方式

      6.4.1狀態(tài)監(jiān)控：設(shè)備的狀態(tài)顯示，包括空壓機運轉(zhuǎn)狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)（排氣壓力，排氣溫度，運行時間，電機電流（控制面板有檢測數(shù)據(jù)時））等現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)顯示，均可在上位機及觸摸屏顯示。

6.4.2自動控制：在遠(yuǎn)方上位機上設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)后，空壓機系統(tǒng)可依據(jù)現(xiàn)場用氣量，實現(xiàn)機組的自動運行和停止。

6.4.3報警提醒與備機自動啟動：當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)前機組出現(xiàn)故障時，可自動啟用備用機組以滿足現(xiàn)場對壓縮空氣氣量需求。

6.4.4機組自動輪換：機組可實現(xiàn)自動輪換，以確保各機組的運行時間大致相近，最大程度保證各空壓機的運轉(zhuǎn)時間均衡。

6.4.5單控：各空壓機機組自身獨立運轉(zhuǎn)，不參與其它機組的聯(lián)鎖控制。

6.4.6聯(lián)控：多臺空壓機分別為主機和輔機、備機。系統(tǒng)內(nèi)所有參與聯(lián)控的空壓機都接至同一壓力系統(tǒng)內(nèi)，且處于聯(lián)控狀態(tài)的機組一同聯(lián)鎖動作。

6.4.7就地：機組僅單獨接受就地終端操作站發(fā)出的命令?！熬偷亍辈僮髂Ｊ较拢稍诰偷亟K端操作站上對空壓機進(jìn)行“單控”和“聯(lián)控”操作的選擇。如選擇為“單控”，該模式下通過鼠標(biāo)點擊每臺空壓機的“啟動/停止”鍵來操作空壓機單獨啟動與停止；如選擇為“聯(lián)控”,該模式下用鼠標(biāo)點擊任一臺空壓機“啟動/停止” 鍵，聯(lián)控機組自動進(jìn)入聯(lián)控狀態(tài)，同時此機將作為聯(lián)控第一主機首先啟動運行，其它機組將根據(jù)啟動延時時間延時啟動，如總管網(wǎng)壓力已到設(shè)定高限值則未啟動的機組不在啟動。

6.4.8中控：用戶可在中控室對處于中控狀態(tài)下的各機組進(jìn)行遠(yuǎn)方控制?！爸锌亍辈僮髂Ｊ较?，用戶可在中控室對空壓機進(jìn)行“單控/聯(lián)控”操作。工作方式與“就地終端操作站”控制方式相同。

6.4.9聯(lián)控主機的建立在聯(lián)控狀態(tài)下:用鼠標(biāo)點擊任意處于遠(yuǎn)控狀態(tài)下的空壓機的啟動鍵，此機組將作為第一主機啟動運轉(zhuǎn)，其它處于遠(yuǎn)控狀態(tài)的輔機和備機將按順序根據(jù)管網(wǎng)壓力及開機延時時間按順序依次啟動各機組，直至全部機組運轉(zhuǎn)（按照運轉(zhuǎn)的先后順序?qū)C組分為第一主機、第二主機、輔機和備機等；二機聯(lián)控時只具有主機和備機，三機聯(lián)控時為主機、輔機和備機，四機聯(lián)控時為第一主機、第二主機、輔機和備機），更多機組的聯(lián)控將以此類推。如總管網(wǎng)壓力己到預(yù)定高限值，則未起動的機組不再啟動。

6.4.10聯(lián)控卸載控制

在聯(lián)控狀態(tài)下:壓力達(dá)到總管網(wǎng)壓力上限值后，PLC控制柜或終端操作站根據(jù)卸載延時時間自動卸載備機；如仍處于壓力上限值時，繼續(xù)延時自動卸載輔機；如卸載信號繼續(xù)存在，則繼續(xù)延時后自動卸載第二主機，最后延時自動卸載第一主機。

6.4.11聯(lián)控加載控制

總管網(wǎng)壓力低于壓力下限設(shè)定值，PLC控制柜或終端操作站將根據(jù)加載延時時間，首先給第一主機自動加載；如管網(wǎng)壓力仍低于壓力下限設(shè)定值，根據(jù)加載延時時間，將給第二主機自動加載；如果管網(wǎng)壓力還是低于壓力設(shè)定值時，經(jīng)加載延時時間后自動加載輔機，最后延時自動加載備機。

6.4.12聯(lián)控故障報警

聯(lián)控空壓機在運行過程中，如任意運行機組發(fā)生故障后，PLC控制柜或終端操作站會自動將其切出智能聯(lián)控系統(tǒng)。其余機組仍會按預(yù)先設(shè)定的程控要求自動加載和卸載，如此時造成管網(wǎng)壓力低于壓力設(shè)定下限值時，根據(jù)啟機延時時間，將依次啟動其它未啟動的備用機，以滿足總管網(wǎng)壓力的需求。

6.4.13聯(lián)控主機的轉(zhuǎn)換時間

在聯(lián)控運行過程中，PLC控制柜或終端操作站能根據(jù)設(shè)定的主機轉(zhuǎn)換時間，自動對各運行方式機組進(jìn)行運行時間的計時，并自動進(jìn)行主機轉(zhuǎn)切換，以達(dá)到均衡各臺機組的運行工作時間。

6.4.14聯(lián)控狀態(tài)切換

在聯(lián)控運行過程中，用戶可根據(jù)系統(tǒng)的需求，任意將一臺空壓機切出聯(lián)控狀態(tài)，并可將處于單控狀態(tài)的任意空壓機投入到正在運行的智能聯(lián)控系統(tǒng)中去。

      6.4.15檢修機組的排除

            通過在觸摸屏或者上位機電腦，可手動設(shè)置當(dāng)前空壓機是否進(jìn)入檢修模式，當(dāng)進(jìn)入檢修模式后，將不再參與聯(lián)控，由空壓機自身的控制面板進(jìn)行控制。

      6.4.16以上介紹的聯(lián)控功能僅作為參考，實際的程序邏輯隨著版本升級會有更新，基本控制功能不變，操作方式會有調(diào)整，實際操作方式以交付時的培訓(xùn)資料為準(zhǔn)。

6.5儲氣罐自動排水功能

   在儲氣罐排水口加裝電動閥門，通過PLC程序控制，實現(xiàn)定時開啟排水電動閥排水。排水可定時啟動或者遠(yuǎn)程手動啟動。