空压机无人值守控制系统的设计

空压机无人值守控制系统的设计

【摘要】以PLC为控制核心，通过CPU与空压机之间相互通讯，实现空压机的无人值守控制系统。

【关键词】空压机；无人值守；PLC：联动

1 引言

云南玉溪矿业有限公司大红山铜矿有2台寿力空压机，4台阿特拉斯空压机、5台柳富达空压机，是风钻、喷浆机、井上下操车设备、锻钎机等风动设备的动力源，这些空压机的主电机电源均为6KV高压设备，冷却方式采用水循环装置，空压机均采用本地单机独立控制，现场设备控制分散，无统一的设备操作及监控平台，设备运行监控存在一定的隐患。本文以大红山铜矿空压机系统为例，空压机无人值守控制系统能够不间隔地进行设备运行状况监视，具有超限控制、报警等功能，且能实现值守联动控制，提高了压风机的自动化程度，保障其运行安全可靠，对矿山空压机系统的数据采集、过程控制、生产调度和决策指挥具有重要意义。

2 系统组成

系统以PLC控制系统为核心，由空压机及其附属设备的集中控制部分、工业电视监控部分和电力监控后台三部分组成，最终实现空压机的无人值守联动控制。体系结构分为三层结构：现场设备层、PLC控制层和监控信息层。系统的核心是位于中间层的PLC控制层，负责对下层控制与上层通讯；最底层为现场设备层，通过开关量信号、模拟量信号以及通讯协议与PLC相连接；最上层是具备HMI功能的监控设备，通过工业以太网协议与PLC相连接，并对外提供开放的数据发布接口。

上层为监控信息层，由作为压风机监控系统人机界面的监控计算机、交换机、客户机等组成，可实现报表查询，在线监控数据管理及视频监控画面显示等功能。

中间层为PLC控制层，由上位工控机和PLC控制系统、硬盘录像机等设备组成，通过光纤进行通讯连接，采用高性能工控机作为上位机，实现对整个系统设备的集中控制。

下层为现场设备层，实现PLC系统的I/O点信息及各种智能仪表等的采集和上传，同时传送集中控制信号到现场设备，完成对现场参控设备的操作、控制、状态监视、信息传输及控制指令的传达执行，如图1所示。

3 监控对象及主要功能

3.1 监控对象

系统实时在线监测11台空压机的压力（包括压风机排气压力、风包压力、冷却水进口压力）、温度（包括压风机排气温度、风包温度、冷却水出口温度）、振动以及电气参数（包括电机电流、电压、功率、电量等）、水位（包括冷却水池水位和循环水池水位），控制11台空压机的启停、4台冷却水泵的启停、4台冷却风机的启停、13台冷却水蝶阀的开关。

3.2 主要功能

（1）联动控制

实现11台压风机及相关冷却阀门的自动联动控制，按程序自动执行启停及加卸载操作。在无人值守模式下，系统可以按现场压力需求自动启停一台或多台空压机，完成空压机的自动加卸载控制，实现空压机及冷却水泵自动轮换功能，实现循环水池和冷却水池的水位平衡，实现风包定期自动排污功能。

（2）设备的循环运行，延长使用寿命

空压机和冷却水泵即不可以长期运行造成设备疲劳，但也不能够长期不运行造成设备锈蚀，这就需要对设备进行循环运行，达到均匀磨损的目的。本系统监测空压机和冷却水泵的运行时间，自动控制空压机和冷却水泵的循环运行，最大程度上延长空压机和冷却水泵的使用寿命。

（3）保护及故障报警

实现排气温度、电机定子温度、冷却水温度超温报警，冷却水压力不够、润滑油压力不够、冷却水断水报警，过载停机、电源逆相、缺相保护、超过最大工作压力安全阀动作、空气过滤器堵塞报警、油过滤器堵塞报警、油细分离器堵塞报警等，系统自动根据报警的设备和部位作出相应的处理，监控主机同时发出相应的文字及语音报警，系统自动显示、记录或打印故障性质、故障地点及发生故障的时间。

（4）电力监控

配置高压综保数据采集装置作电力监控后台，上位机通过OPC方式与电力监控软件通讯联络，将空压机工作的电压、电流和高压装置状态和其它参数在上位机监视和记录，并对高压进线柜和母联柜实现远程操控。

（5）系统设有“无人值守”、“远程自动”、“现场手动”三种工作方式。

（6）系统配置高清摄像机，实时监视重要地点及设备。

4 硬件设置

系统配置两台23寸戴尔高性能主机作为上位机，安装两套INTOUCH组态软件。西门子S7 300系列6ES7 317-2AK14-0AB0 CPU做控制主站，组成以太网、PROFIBUS-DP控制网和MODBUS通讯网。PROFIBUS-DP接口用于与控制冷却水泵变频器和控制分站进行通讯；装载Modbus主站选用西门子870-1AA01-0YA0，Modbus通讯接口用于与每台空压机进行通讯。现场控制站包含水泵就地控制箱和空压机就地控制箱（含控制分站）。采用进口高性能传感器，包含超声波水位传感器、热式流量传感器、压力变送器、温度变送器等。视频监控系统用于对空压机站的工作环境情况实时监视，包含硬盘录像机、42寸液晶显示器、视频光端机、8台高清摄像机等设备。网络传输：使用8芯单模架空光纤，将空压机站与调度中心系统链接，在空压机站和调度室的上位机上实现远程集中监控空压机。

5 遇到的难题及创新的解决方案

5.1 水池水位平衡的实现：

冷却水池和循环水池的水位平衡是空压机无人值守系统的安全保障，系统建立PID调节模块，通过自动调节循环水池水泵的变频器频率、循环水池的冷却水泵开泵数量、循环水池补水阀的开关来保证循环水池和冷却水池的水位处于平衡状态。

5.2 无人值守功能的实现

系统处于无人值守模式下，监控主站和各分站的之间进行相互通讯，采集空压机的运行时间和空压机运行参数。根据监测出风总管路的压力，与正常用风压力进行比较，自动启停一台或多台空压机及其冷却水阀门。启动失败或者正在运行的空压机出现故障后，会自动切换到使用时间最短的一台进行启动。保证总管路压力符合正常用风压力。

6 总结

云南玉溪矿业有限公司大红山铜矿空压机无人值守控制系统经实践证明，实现了多台不同厂家生产的空压机的无人值守、系统效率高，监测数据齐全准确，图表画面友好，系统稳定可靠，节能减人提效的效果明显，提升了矿山自动化控制系统的水平。

参考文献：

[1]秦益霖.西门子S7 300 PLC应用技术[M].北京：电子工业出版社，2007.

[2]梁慧斌.西门子PLC在空压机站智能控制系统的应用[J].黑龙江：煤矿机械，2012.