plc控制的矿山空气压缩机

前言

随着煤矿现代化的发展，矿山对矿山设备的要求越来越高,建设本质安全性矿山已成为煤矿生产建设的核心。矿山设备不断更新，不断进步，可靠性、易操作性、可监视性、易维护性等已是最基本的要求了。用继电器搭成的控制电路具有可靠性差、不易维护、不易监视，已不能适应当前的要求。现在迫切需要可靠性高、易维护、易操作、可监视并且价格不高这样的控制器来代替继电器搭成的电路。随着电子技术、软件技术、控制技术飞速发展，PLC发展迅猛，性能很高，价格较为合理，与继电器搭的控制电路比具有非常大的优势。许多矿山设备已选用了PLC来代替比较重要的设备控制。传统的保护主要采用分离仪表，其可靠性差、集程度低、费用高，不能有效的满足矿山设备投入的经济性和安全性的要求。

PLC是一种新型的通用控制装置，他将传统的继电器控制技术、计算机控制技术和通信技术融为一体，专为工业控制而设计，具有功能强、通用灵活、可靠性强、环境适应性好、编程简单、使用方便、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的经济效益。

1 矿山空压机简介

1.1 空压机概况

空气压缩机(简称空压机)是一种用来压缩气体提高气体压力或输送气体的机械。随着生产技术的不断发展，压缩机的种类和结构型式也日益增多。目前不但广泛地应用在采矿业、冶金业、机械制造业、土木工程、石油化工、制冷与气体分离工程以及国防工业中。而且医疗、纺织、食品、农业、交通等部门，对压缩机的需要也在不断地增加。空压机作为煤矿生产的四大件设备之一，它的安全与高效运转是保证煤矿正常工作的前提条件之一。《煤矿安全规程》第403, 404, 405条对空压机的运转均有明确的规定，所以必须对空压机运转过程中主要技术参数进行实时监控与安全保护，从而达到进一步提高设备的安全性、可靠性与利用率，改善工人的劳动环境，降低工人的劳动强度，产生良好的经济效益和社会效益。其次，空压机作为煤矿重要设备之一，其年耗电量十分可观，各矿井用压设备都很多:井口绞车系统、井上下装卸载、井下巷道喷浆等，而且用风时间不统一，用风量不稳定，因此必须连续运转。当用风量小时导致空压机长时间低压负荷运行，电能损耗增大并加剧了设备的磨损，增加了运行成本。

空压机应用范围广，各个行业对压缩气体有不同的要求。供气系统的自动控制可以减少工作量，改善工人环境;而供气压力的稳定对许多行业来说可以提高生产质量和工作安全性。煤矿空压机组的智能监控系统的研制不仅对煤矿供气系统有很强的应用价值，还可以推广到其它应用领域中去，因而课题的提出具有很强的实际应用价值。

1.2 矿山空气压缩机的用途

空压机的用途是将自由空气压缩到所需的压力，这时的空气变为压缩空气。压缩空气一直是金属矿山和煤矿所采用的原动力之一，它用来带动风动凿岩机、风动装岩机、风动

断钎机、风镐等设备和风动工具，还用来带动风动原动机（俗称风马达），然后用风马达驱动工作机械。用压缩氡气做动力与用电力、水力、液压相比、具有如下特点：

1、风动凿岩机结构简单、重量轻、操作维修方便。

2、不怕过载负荷，适用于能钻凿坚硬岩石和负载变化很大的风动机具。

3、在超级瓦斯矿井中，可以避免电火花引起瓦斯爆炸。

4、风动工具和风动马达所排除的气体，可以改善井下通风状况。

5、空压机的构造、操作与维护检修比较简单。

6、风动机具工作时，震动噪声较大。

7、风动机具的效率较低，用压缩空气做动力，其成本比直接使用电能高的多[1]。1.3 矿山空压机站及位置

空压机是矿山四大固件之一，从安全观点出发，空压机站一般设置在井上，因为井下的通风条件较差，使机器温度增高，影响工人身体健康，同时增大设备发生爆炸的危险。此外，井上较井下设备运输与安装方便。我国规定：只有当井下使用压缩空气量较少，一般所需压缩空气量小于10m3/s时，才能在井下设置防暴型移动式空压机。

根据有关规定：空压机运转时震动较大，只宜安装在单层建筑内。机房的平面尺寸取决于设备外形及通道的大小。通常考虑设备的安装、运输及检修等方面，一般取通道宽为1.5m，机房高度也与设备高度及是否设置起重设备有关。如果是立式空压机，则机房高度须考虑可能从气缸内取出活塞。一般最小高度为3.5m，最高可能达到5.5~6m以上，当空压机的生产量在40 m3/min以上时，应安装手动吊车。机器的地基不应与机房墙壁连接。房内应通风较好，夏季房内温度最好不超过房外温度的10oC。另外，在条件允许的情况下，空压机站不应与其他建筑物设在一起，以免空压机运转时的噪音影响其他工人的工作[2]。

1.4 空压机的分类及特点

空压机按照压缩气体方式的不同，可分为容积型和速度行两大类。容积型空压机通过汽缸内做往返运动的活塞或回转运动的转子来改变工作容积，从而使气体得到压缩，提高气体压力；速度型空压机则是借助于高速旋转叶轮的作用，使气体得到很高的速度，然后

有在扩压器中急剧降速，使气体动能变为压力能。

1.5 空压机的组成机构

活塞式空压机一般由以下几个机构组成：

1、机体机构

机体机构主要是由机身、中体、机塞、曲轴箱、中间接筒、端接筒等部件组成。

2、压缩机构

压缩机构主要由气缸、吸气阀、排气阀和活塞等部件组成。

3、传动机构

传动机构主要是由皮带轮、曲轴、连杆、十字头和轴承等部件组成。

4、润滑机构

润滑机构主要由齿轮油泵、注油器和滤油器等装置组成。

5、冷却机构

冷却机构主要由冷却水管路、中间冷却器、压后冷却器和润滑油冷却器等装置组成。

6、操纵调节机构

操纵调节机构包括减荷阀、压力调节器、安全阀及仪表等。

7、动力机构

动力机构主要包括电动机和起动控制设备等[5]。

1.6 活塞式空压机的工作原理

每一台空压机都有汽缸和活塞。空压机压缩空气的过程包括吸入、压缩和压出三个过程。为了说工作原理，将单级单动式空压机的一个气缸简化如图1—1所示。

1、吸入过程

当活塞2想右腔移动时，汽缸1的左腔容积增大，压力下降；当压力降到稍底于吸气管中的气体压力时，则吸器官中的空气便顶开吸气阀4，进入气缸1中，随着活塞2向右移动，空气继续进入气缸1中，只到活塞移至右边的末端（即右死点）为止。

2、压缩过程

当活塞2向左移动时，气缸1的左腔容积开始减小，这样便开始压缩气缸1中的空气，