煤礦螺桿式空壓機(jī)自動控制系統(tǒng)的改造
螺桿式空壓機(jī)是煤礦企業(yè)的重要機(jī)械設(shè)備之一,使用空壓機(jī)產(chǎn)生的空氣可以為井下風(fēng)動機(jī)械設(shè)備提供動力,同時為巷道送入必要的空氣,提供井下工作安全系數(shù)。傳統(tǒng)的螺桿式空壓機(jī)控制系統(tǒng)多采用繼電器實(shí)現(xiàn)控制,其缺點(diǎn)是能耗大、啟動電流高、對設(shè)備器件沖擊較大,影響空壓機(jī)使用壽命,同時其控制精度不高,穩(wěn)定性較差。在當(dāng)前提高煤礦設(shè)備自動化水平、提高能源使用效率的趨勢下,使用新技術(shù)對空壓機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)改造,實(shí)現(xiàn)一種穩(wěn)定高效、控制準(zhǔn)確、節(jié)能效果明顯的空壓機(jī)自動控制系統(tǒng)十分必要。
1 改造系統(tǒng)的技術(shù)與方案
1.1 使用的三項(xiàng)主要技術(shù)
(1)變頻調(diào)速技術(shù):針對傳統(tǒng)螺桿式空壓機(jī)控制系統(tǒng)中控制精度不高,啟動電流過大及能耗較大等缺點(diǎn),采用變頻器代替繼電器實(shí)現(xiàn)流電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速,從根本上解決了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的突出問題。
(2)PLC技術(shù):PLC又稱可編程控制器,是在繼電器與計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展來的工業(yè)控制裝置,具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),適合在煤礦這樣的工作環(huán)境較為惡劣的條件下工作。
(3)RS-485總線技術(shù):系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)傳輸需要使用總線技術(shù),本改造系統(tǒng)中使用的總線是RS-485,485總線由于其布線簡單,傳輸穩(wěn)定可靠,在眾多控制領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
1.2 改造系統(tǒng)總體方案
整個系統(tǒng)使用的設(shè)備包括控制中心PLC、變頻器、互感器、壓力變頻器、空氣開關(guān)等,主要通過系統(tǒng)對管網(wǎng)壓力的信息采集與控制,實(shí)現(xiàn)自動壓力調(diào)節(jié),通過PID調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)節(jié)在預(yù)設(shè)范圍內(nèi),具體控制方案由PLC程序?qū)崿F(xiàn)。整個系統(tǒng)的控制原理圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)改造的實(shí)現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)硬件配置
(1)PLC部分:改造系統(tǒng)中使用的PLC選用了西門子S7-300系列,主要功能是完成空壓機(jī)的各種控制。 其硬件配置主要如下:CPU模塊使用CPU315-2DP,該模塊可以擴(kuò)展到1024點(diǎn)數(shù)字量或128個模擬量通道,可以滿足空壓機(jī)的控制需要。電源模塊選用PS307,數(shù)字量輸入模塊與輸出模塊分別選用SM32與SM322。輸入模塊將采集到的空壓機(jī)狀態(tài)信息,包括運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、輔助設(shè)備狀態(tài)等傳入PLC處理。輸出模塊實(shí)現(xiàn)PLC對空壓機(jī)的控制信息輸出,控制信息包括啟動、停止、加載、卸荷、急停等。為實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信功能,采用RS-485總線方式完成數(shù)據(jù)傳輸,通信模塊采用了CP341,CP341模塊利用基于RS-485總線的Modbus協(xié)議,與控制變頻器及各種執(zhí)行機(jī)構(gòu),完成整個系統(tǒng)的控制功能。
(2)變頻器及其他設(shè)備:系統(tǒng)使用的變頻器選用了達(dá)牌VFD300B43A型變頻器,其輸出頻率范圍0.10~400Hz,過載能力為額定輸出電流的150%,同時具有RS-485接口,可與上位機(jī)與PLC實(shí)現(xiàn)方便互連,實(shí)現(xiàn)控制功能。壓力變送器選用了森納士的DG1300型變送器,其精度可達(dá)0.5%FS。PID智能控制使用了蘭利AL808,在相對濕度≤85% 的環(huán)境下均可工作。接觸器使用了CJXl系列,完成交流電動機(jī)的起動、停止及反轉(zhuǎn)。變頻器與外部的連線圖如圖2所示。
2.2 上位機(jī)控制軟件的實(shí)現(xiàn)
對于空壓機(jī)的直觀監(jiān)控功能由上位機(jī)控制軟件實(shí)現(xiàn),上位機(jī)控制軟件的開發(fā)選用了MCGS工控組態(tài)軟件完成。MCGS工控組態(tài)軟件是一套32位工控組態(tài)軟件,設(shè)計簡單、功能強(qiáng)大,通過自身大圖庫可以快速模擬工控機(jī)現(xiàn)場場景,實(shí)現(xiàn)直觀的監(jiān)控界面,具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能,支持TCP/IP、485/422/232等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),可以方便實(shí)現(xiàn)與PLC等設(shè)備的通信功能。使用MCGS工控組態(tài)軟件設(shè)計的上位機(jī)監(jiān)控軟件界面如圖3所示。
2.3 PLC控制的實(shí)現(xiàn)
空壓機(jī)自動化系統(tǒng)采用兩種控制方式,人工手動控制與自動控制。自動控制的過程簡單描述如下:首先打開冷卻水閥,變頻器與電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)機(jī),變頻器輸出頻率開始變化,從0Hz開始升高,整個變化的頻率及壓力變送器獲取的信號均由PLC獲取,根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)控制方案,對各個空壓機(jī)輪訓(xùn)控制。PLC控制程序流程圖如圖4所示。
3 結(jié)語
使用PLC、變頻器、現(xiàn)場總線及軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的煤礦螺桿式空壓機(jī)控制系統(tǒng)的改造,克服了傳統(tǒng)繼電器控制方式的能耗過大、穩(wěn)定性差、影響設(shè)備使用壽命等問題,通過PLC結(jié)合變頻器實(shí)現(xiàn)對空壓機(jī)啟動、停止等控制,使用變頻器完成空壓機(jī)功率的調(diào)整實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)輸出氣壓的控制,同時使用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)上位機(jī)監(jiān)控界面的模擬,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,整個系統(tǒng)組建便捷、穩(wěn)定可靠,具有較好的推廣價值。
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