矿井压风机实时监控系统设计方案

北皂煤矿压风机实时监控系统设计方案北皂煤矿信息中心2005-11-20一、前言北皂煤矿压风机房设在东工广，安装5台两级压缩式空气压缩机。

其中1#、2#、3#空压机为20L，4#、5#空压机为40L。

目前这5台压风机及其控制系统、保护装置等比较落后，不具备集中控制、高效节能、自动保护、智能判断和报警、报表等功能。

根据集团公司和煤业公司关于创建一流信息化矿井的要求，我们对上述压风机控制系统提出了集中管理、分散控制的具体改造方案，达到控制过程的自动监控和高效节能。

二、原始资料1、1#-3#空压机型号：4L-40/8，电动机型号：JR127-8感应电机，额定功率130kW。

其中1#、3#车配有GTJ-380V控制柜，2#车配DFB型软起动柜，这些开关柜不具备监控和数据传输功能。

2、4#-5#空压机型号：5L-40/8，电动机型号：TK250-14/480（同步），额定功率为250KW，配有KGLF-110励磁柜和高压配电盘，这些励磁柜和高压开关柜不具备监控和数据传输功能。

3、压风机综合保护装置现分别采用泰安电子仪器厂和武汉博科电子有限公司生产的KWJ-A和KJ-2B型综合保护装置,属于传统继电器-接触器保护，无监控和数据传输功能。

4、冷却水泵控制盘为自制配线盘（双回路380V供电）。

5、现有保护：断水（两个点：低压缸、高压缸各1个点）、断油（4个点：注油器、润滑油、高压缸、低压缸各1个点）、压力（一级缸、二级缸）、温度（一级缸、二级缸、风包、油温、冷却水进出水温度）以及部分电气保护（过流、短路、欠压）等，这些保护只报警或动作，不能记忆故障时间和处理结果。

三、具体要求按照煤业公司数字化矿井建设规划和《北皂煤矿自动化总体规划》要求，改造后，整个压风机控制系统达到自动化监测、监控的目的。

1、现压风房和操作室设主控制装置和集控操作台各一套。

主控装置采用西门子S7系列PLC可编程控制器和美国ABB公司变频器组成，实现压风机软起动和自动变频调速功能，集控操作台采用工控机（双机热备），实现数据的采集、处理、显示、报表和上传功能，同时控制和监控设备的运行情况。

2、利用现有的工业以太网络，提供主控装置标准以太网通讯模块、通讯协议和标准接口等，采用光缆将其接入工业以太环网，经过组态后达到在监控中心可实施所有数据、状态的监测和监控功能，中心控制室能够实时监控现场设备的运行情况。

3、设在压风机房的操作台具备就地集控的功能，并与监控中心的工控机设分级操作功能，以现场为优先级，实现集中管理、分散控制。

4、对现有电控设备和各种保护、传感器进行更换和改造，具体内容如下：4.1更换1#、3#压风机控制柜，采用变频调速装置，配备具备自动控制和数据传输功能的智能电气综合保护装置；4.2更换4#、5#压风机的励磁柜和高压开关柜，具有智能综合保护装置；4.3更换原压风机各种保护，采用可靠的传感器（压力传感器、温度传感器）；4.4增设电机温度保护（温度传感器）、风速传感器；4.5将原进气、排气、放气阀门更换为电动或电磁阀。

（放气阀可在现风包安全阀处加一个三通分出，采用2寸阀门）。

各阀门压力按照原压风机压力选配；4.6更换原冷却水泵的控制盘（按双回路380V、装机容量为4X7KW考虑）；4.7对2#压风机控制信号和一次传感信号进行采集、由工控机统一管理。

四、基本功能1、系统功能该系统主要由3部分组成，即：（1）冷却水泵控制盘，（2）4#、5#压风机励磁柜和高压开关柜，（3）1#、3#压风机变频调速控制装置。

其中：（1）冷却水泵的控制盘（按双回路380V、装机容量为4X7KW设计）为独立控制部分，不具有主控管理功能，只在现场控制和保护水泵电机的工作；（2）4#、5#压风机励磁柜和高压开关柜相对独立，具有智能综合保护功能，设在4#、5#压风机旁，不具有主控管理功能，只负责现场压风机控制和保护功能；（3）1#、3#压风机变频调速控制装置，由现场检测装置、执行元件、PLC、变频器和工业控制计算机等组成。

除在现场可实现就地控制（就地集控、就地单台控制）外，还具有根据井下用风压力变化自动实现压风机的起、停控制。

同时可在监控中心实现异地集控、单台控制。

另外各种运行参数于现场和监控中心实现在线监测，具备运行工况参数设置、显示、报表、打印等管理功能，故障信号记忆、报警等提示功能和设备起动、停止、调整等控制功能。

温度检测主要由铂电阻等温度传感器（或选用温度变送器）完成，压力检测主要由扩散硅压力传感器（或选用远传压力表、压力变送器）完成。

上述参数的检测范围、动作要求和信号显示、打印功能等如下：①检测信号（温度、压力、断水、风速）范围o，一级排气温度1检测范围为0~200Co；一级排气温度2检测范围为0~200Co；二级排气温度检测范围为0~200Co；冷却水温度检测范围为0~200Co；电机定子温度检测范围为0~200Co；风包温度检测范围为0~200Co；润滑油温度检测范围为0~200C一级排气压力检测范围为0~0.6MPa,二级排气压力检测范围为0~1.6MPa；冷却水压力检测范围为0~0.6MPa；润滑油压力检测范围为0~0.6MPa；冷却水断水检测；风速监测；电机温度监测。

②保护信号报警和动作要求o,报警；1、2级排气温度>150Co,报警、延时停机；1、2级排气温度>160Co,报警；风包温度>110Co,报警、延时停机；风包温度>120Co,报警；冷却水温度>40Co,报警；润滑油温度>70C电机定子温度超高，报警；1级排气压力>0.25MPa,报警；2级排气压力>0.85MPa,报警。

延时停机；润滑油压力不足，报警，延时停机；冷却水断水，报警，延时停机；冷却水压力不足，报警；开机前风包排除余气，否则不能起动压风机。

③保护信号显示和音乐报警当检测到某一参数超限或不足或断水时，该保护装置能够提供音乐报警，并显示故障相应位置。

④信号显示、打印参数a、机号；b、时间；c、温度:低压气缸、高压气缸、风包、水温、油温；d、压力:低压气缸、高压气缸、油压；e、电量:电压、电流、功率因数；f、排气量。

可随时打印出正在运行的各空压机温度、压力和冷却水是否断水，当装置检测的某一参数超限或不足或断水时，能自动打印出故障发生的时间及故障参数。

五、系统软件系统采用多种面向对象语言进行编制，实现模块化，结构化。

各个功能模块为单独的子程序，互不影响，主程序完成整体功能的循环，子程序完成具体的实现，并保证与以太网的可靠组态。

其功能模块划分如下图所示：六、设计方案1、冷却水泵控制柜设计方案该柜控制信号应该送给工控机，增设联锁保护等功能，现制定如下控制方案：1）设冷却水泵自动/手动控制选择键一套；2）设冷却水泵1、2号控制选择键一套；3）设冷却水泵任何一台出现故障，自动（声光）报警，自动切换投入运行；4）冷却水泵和空压机必须联锁。

冷却水泵运行时，自动巡检30s，对压力、流量、液位实施检测，确认无误允许开启空压机电源给空压机起动做准备（注：冷却泵巡检30s后，如果出现压力、流量、液位中任何一个测控点有故障，冷却泵自动停机，声光报警）；5）1号冷却泵出现故障4s不能自换2号泵时，自动停机、声光报警、自锁，设解锁，自动消音控制；6）设冷却水泵异地和就地控制；7）1、2号冷却泵具备缺相、欠压、过载、联锁保护停机系统。

2、励磁柜和高压开关柜设计方案我矿空压机房安装2台40L空气压缩机,该压缩机由TK250-14/480同步电机拖运,电机功率为250kW,Y接法，功率因素0.9(超前)，电压为6kV,电流为29.5A,励磁电压72V，励磁电流130A，转速428/MIN，该系列空气压缩机用同步电动机是专为活塞式压缩机配套。

根据空气压缩机的名牌数据和生产负载性质，要求空压机电源由高压控制柜提供，有欠压、过流、断相和接地保护等；励磁电源由励磁控制装置提供，该装置输入电压380V，输出电压直流75V，输出电流200A。

高压开关柜设计方案：高压开关柜内装设过流速断保护、过负荷保护、低电压保护、单相接地保护、失步保护及电容器储能跳闸等保护装置。

由于老式晶闸管励磁装置（可控硅励磁装置）技术性能不完善，特别是智能控制和保护模块等功能不全，必须进行改造。

改造后的同步电动机可控硅励磁装置主要有励磁变压器、主回路整流桥、励磁综合控制器、继电器单元、检测反馈等6部分组成，该装置的核心部分采用PLC和模拟量变换器，脉冲功放板及文本显示器等组成，可输入及修改运行的参数，文本显示器能显示参数和故障情况，并有许多功能键供选择使用。

改进以后的励磁装置应具有如下性能：1）励磁装置要避免同步电机处于脉振下起动或重复起动2）励磁装置要有可靠失步保护功能3）励磁装置设置闭环恒功率因数调节4）采用先进的微处理控制技术，所有控制过程均自动处理，面板采用新型薄膜按键，具有完整、直观的信号显示系统。

3、1#、3#空压机变频控制设计方案1）空压机控制系统运行必须具备以下起动信号标志：①低压缸、高压缸、液位或压力信号标志（一般液位标志）；②注油器、润滑油、高压缸、低压缸压力标志；③注油器与空压机电机连锁信号；RS485④注油器与冷却泵连锁信号标志；RS485⑤一级缸、二级缸压力信号标志；4～20mA，RS485⑥一级缸、二级缸风包油温，冷却水进出水温度、信号标志；4～20mA，RS485⑦风包余气卸荷、信号标志；4～20Ma，RS485风包压力信号必须设定某一值结合冷却泵，检测信号和整机信号联锁控制。

2）分析空压机经常运行状态和效率分析七、实施方案全系统分三步实施，首先完成冷却水泵的控制盘（按双回路380V、装机容量为4X7KW设计）的设计和制作工作，在现场安装调试；其次完成4#、5#压风机励磁柜和高压开关柜的安装调试工作，有智能综合保护功能；最后完成1#、2#、3#压风机实时监控系统的工程改造工作，作到集中管理、分散控制。