空压机自动化控制系统设计

2020-03-02 04:51:32 来源：范文大全收藏下载本文

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空压机综合自动化系统优化设计

刘欣宇

（开滦集团荆各庄矿业分公司

河北唐山

063026）

摘要：随着通讯技术、计算机技术和自动控制技术的迅速发展,煤矿生产监控系统日趋向网络化、智能化和管理控制一体化的方向发展。本设计应用PLC、计算机技术实现压风机综合自动化控制，将计算机控制技术、网络技术、工业视频技术、光纤通讯技术和电力电子技术应用于煤矿压风机综合自动化控制系统，实现了压风机的自动控制及实时在线监测。关键词: 压风机自动化控制优化设计前言

压风机担负着矿井的压缩空气生产任务，为煤炭生产过程中提供风动力。传统的控制方法是：单台独立控制，单纯靠人工开停机，不能很好地控制压风机的运行，很难保证压缩空气的供气质量，也不利于对压风机的维护管理，同时加大了操作维护人员的工作量。对压风机的使用寿命也有很大的影响，为此，本设计应用PLC、计算机控制技术、网络技术、工业电视技术、光纤通讯技术和电力电子技术将多台并网运行的压风机实现集中控制，采集处理电机电流、电压信号，温度、压力信号，并上传后台，实现空压机各种保护、报警、监控功能。充分发挥出各台压风机的性能，使系统在保证供气质量的前提下，实现最大限度的节能运行，保证各种保护有效可靠，延长压风机的使用寿命，有利于压风机的维护。

1、压风机自动化控制系统结构

压风机集中控制系统组成系统图如图1所示，有上位监控主机、PLC下位机、传感器、交换机、视频摄像机等组成。自动化信息网体系结构企业内部网用户计算机企业内部信息网企业内部以太网交换机光纤现场以太网交换机工业监控主机（上位机）视频服务器过程监控层设备接入层PLCPLC现场模拟量数字量采集控制PLC摄像机摄像机摄像机

图1 系统结构图

上位工控机系统由工业控制计算机、后备电源(UPS)、打印机等组成；其主要完成压风机远程参数的监控、运行参数设置及其数据处理、查询等功能。 PLC下位机系统：现场PLC控制系统选用西门子S7-300系列可编程序控制器作为监控核心。充分利用可编程序控制器能适应各种恶劣现场条件，现场抗干扰能力强的特点，且安装维护方便，其模块化结构，配置相应的通讯接口与各压风机控制器通讯；与上位计算机进行通讯可以采用Profibus或工业以太网；系统配置合理，技术可行，完全可以满足现场使用要求。该部分主要是根据设定的操作方式，实时采集总管空气压力自动控制各台压风机运行及保护功能。现场传感器实时采集现场物理量信号，并将其转换为标准电信号传送给CPU。本系统现场使用的传感器较多，如压力、温度、电流、电压、功率、电量等等。为减少传输误差，提高检测精度，均选用带变送器，性能可靠，寿命长，输出标准电流信号4—20mA的传感器，直接采集现场信号，并配以二线制RVVP电缆单独传送，以进一步提高整套系统的可靠性。

压力变送器采用GPT系列变送器，作为一种能够将压力信号直接转换为4—20mA标准电流输出的压力变送单元，其核心传感器采用了经激光烧刻补偿技术制造的扩散硅进口器件，由传感器生成的电信号经过变送电路完成放大、线性修正、温度补偿、电流转换，最终形成与被测压力成正比的4-20mA标准输出。该变送器采用独特的一体化全不锈钢免维护结构，具有良好的密封、散热和抗震、耐腐蚀性能，加上输出传送方式具有长线抗干扰能力，使变送器能够在测量现场恶劣环境下长期在线工作。

2、系统主要功能特点

2.1能够自动采集、显示压风机的各种运行参数，控制压风机运行。

2.2能够根据检测到的信号判断压风机的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型停止压风机。

2.3有启动功能、停止功能、正常停车功能、故障停车功能、紧急停车功能、预告功能、保护及故障报警功能

2.4系统通过PLC及控制网络可方便地采集现场设备开/停及故障状态、电机电流等实时数据。 2.5具有多种控制方式

根据系统设置，该系统可以实现以下集中方式下： PLC自动集控方式：

在该模式下PLC根据设定的工作时间和工作压力值、总管当前实时压力值，自动判断当前投入/切除系统中的压风机台数，经特定的运算处理，以便对运行中的压风机进行加载或者卸荷或切除系统、投入系统工作。

就地控制方式：

该工作模式为通过就地操作台上的触摸屏按钮或者操作台按钮来独立控制每台压风机的启动或停机。远程控制方式

在该模式下，通过上位计算机的操作来在控制各压风机系统的运行。系统对操作员有权限管理，有一定的权限的操作员才可以进行远程操作。

2.6实现自动恒压供风

当系统在自动集控工作方式时，系统根据设定的供气压力值，自动控制卸荷或加载。当压力值当风压达到设定值时，自动停机（卸荷）；风压降到低值时，自动启动或关闭卸荷阀。

2.7安全可靠地报警保护

每台压风机均可具有：出气压力超限保护、出气超温保护、吸气阻力过大保护、润滑油超温保护、润滑油量不足保护、主电机超载保护、冷却风机超载保护等功能。

3、系统软件配置、编程

本系统的上位机监控软件工作环境采用Win2000 Pro或WIN xp操作系统，采用组态王组态软件。实现数据的传输、处理，并满足各种画面、曲线、报表打印、自动告警的功能要求。并在软件编程上采取相应的措施，进一步提高系统运行的可靠性。

下位机软件设计主要为PLC监控软件的设计,在本系统中为重要软件设计部分。该系统软件的开发环境为SIEMENS SIMATIC STEP7 V4.0编程软件，用模块式结构程序方式编程，这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作，又能使数据库结构统一，方便KINGVIEW组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一。程序主要分为:通讯子程序、风机控制子程序、数据处理子程序、保护功能处理子程序等。

4、结束语

本控制系统投入运行来，系统性能一直稳定可靠，故障率低，维修量小，并具有如下的优点：

①自动化程度高，同时具有多种控制方式, 多种方式互为备用。

②合理的使用多台风机，使其循环工作，在保证有备用的情况下，延长了每台风机的使用寿命。

③设备有完善的故障判断、显示、记忆功能，可为操作人员迅速排除故障提供方便。

④系统的输出数据完整，准确，极大的方便了日常数据管理。

参考文献

[1 ]高海生，杨文，等.单片机应用大全.第1版.成都：西南交大出版社，1991 [2 ]胡穗延.全矿井综合自动化控制系统.第1版.北京：清华大学出版社，1998 [3]廖常初，S7-300/400 PLC 应用技术[M]，北京：机械工业出版社，2005 [4]崔坚，西门子工业网络通信指南[M]，北京：机械工业出版社，2004

作者简介：刘欣宇，男，1978

年生，吉林长春人，2003年毕业于吉林工程技术师范学院，自动化专业，现任开滦集团荆各矿业分公司机运队机电技术队长，电气助理工程师，曾发表论文多篇。