杜江涛

（山西新元煤炭有限责任公司，山西 晋中 045400）

1 概 况

新元矿空压机监控系统相对落后，空压机在出现运行故障时不能及时做出响应，系统延迟性高且响应精度较低，经常发生因空压机错过维修时机而损害设备寿命或延误设备正常使用的情况，因此，基于PLC控制器对该矿空压机故障监测以及控制系统进行优化设计。

2 监测及控制系统设计

新元矿在用空压机为螺杆式，特点是安全可靠性较高，产生噪音较小，设备不易损坏。其操作流程为转子转动带动空气进入空压机，并对空气进行密封加压处理，将达到预定压力值的气体排出，实现空气压缩效果。空压系统由空压机体、压缩传动、动力系统等构成。

以山西新元矿井下600 m布设的空气压缩机为例进行研究，基于PLC控制器的空压机故障监测及控制系统要满足以下要求。

（1）在空压机输出端设置温度传感器，实时记录和传输排放气体的温度数据，确保温度超过预警值时，及时报警停机。

（2）在空气压缩机腔内设计压力传感器，用于监测排出气体的压力数据。如果压力超过预警值时，及时报警停机。

（3）对过滤器以及分离器的堵塞情况进行分析预警。

（4）如果空气压缩机的排气流量超过预警值，设备自动关停机，以确保工作安全。

（5）对空压机电机在运行过程中的振动进行监测，及时发现电机故障并进行维修处理。

因此，新元矿空压机故障监测及控制系统的设计包括压力、温度、流量和振动。根据新元矿实际情况，设计的具体预警值见表1，超出表预警值将自动停机。

表1 空压机监测参数预警数值Table 1 Early warning values of air compressor monitoring parameters

2.1 硬件组成设计

空压机监控系统由2部分组成，即控制室远程监控主机系统和下位机现场监控子系统。数据由终端控制器接收和传输，并通过PLC传输至控制室。整体设计结构如图1所示。

图1 监控系统结构示意图Fig.1 Schematic diagram of monitoring system structure

通过地面监控室远程监测系统进行数据的处理，由终端空压机上的传感器对实时工况进行数据整理收集，经由交互机传至地面上位机进行PLC数据处理计算。PLC模块微处理器型号为S7-200C PU226，可对系统数据进行存储计算，通信模块选用为西门子网络拓展模块，对输入信号有较强的抗干扰能力。

对于传感器的选择要考虑井下实际工作环境，由于井下环境潮湿，且有一定腐蚀效果，空压机本身工况也要求传感器耐冲击能力以及耐受高温的工作环境。结合井下复杂工作环境对传感器进行合理选型，见表2。

表2 空压机监测系统传感器选型设计Table 2 Sensor selection design of air compressor monitoring system

（1）空压机的温度监测主要包括对润滑油以及排气口温度进行收集处理，选用PT100-TA10/0-200整体式温度变送器，温度的变化范围为200℃，测量范围较大，可实现对润滑油等温度的精确监测效果；电机温度监测可选用CZ51型电机轴承温度探头及变送器，该传感器监测温度范围200～1 600℃，温度信号可转换为标准二线制4～20 mA的DC电信号进行传输，使用效果较好。

（2）压力传感选型设计。对润滑油以及空压机的出口压力等进行监测是确保空压机设备能够平稳高效运行的关键，对于冷却水泵以及母管压力的实时监测则可保证水泵的正常运行过程。选取OPEC2088型硅扩散压力变送器进行压力数据测量，具有测量精度高、体积小、数据测量稳定的特点，其工作温度在-196～450℃，耐温范围较大，基本可以满足系统设计要求。

（3）流量传感器选取LCX型号，可实现对远程流量的监测以及预警报警效果，流量传感器安装在空压机冷却管路上，在冷却管路水流终端时触发报警信号或紧急停机处理。

（4）振动传感器选型设计。通过对空压机电机在运行过程中的振动效果，对空压机电机进行故障监测，异常的机械振动是电机发生故障的前提，因此对电机进行振动监测可及时发现电机故障并进行维修处理。该系统设计选用XZD-YB一体化防爆振动变送器来对空压机的振动数据进行采集，监测的振动幅度在0～200 um、0～500 um、0～1 000 um，工作电压为DC24V，输出电信号的形式同样为4～20 mA的标准电信号，可以满足系统的设计需要。

2.2 系统软件设计

系统软件设计主要由上位机系统程序和下位机系统程序2部分组成。上位机系统对控制室数据进行显示和处理，具有查询和通信功能，可实时下达指令和发出警报。软件设计界面包括操作员系统运行界面和空压机工况界面等，可实现对空压机运行状态、压力、流量以及温度的实时显示，通过报警指令灯、语音提示等对紧急停机按键进行操作，有效降低井下人工进行巡视时数据记录的劳动量；下位机程序包括空压机工况的数据传输识别，对存储的数据进行判断，存在设备运行故障时进行初步识别，做出是否进行预警处理的指令，符合故障识别指令则执行下一阶段，向上位机传输命令，否则根据通信系统反馈返回至初始状态。具体操作流程如图2所示。

图2 下位机程序设计流程Fig.2 Programming flowof lower computer

3 运行效果

将设计的空压机故障监控系统在实践中进行应用，对新元矿井下3台空压机进行了现场测试分析，具体参数监测值见表3。

从表3中数据可以看出，该系统在实际运行过程中对各参数的监测效果良好，其中出气口温度以及排气压力都控制在预警范围之内，且监测值相近，符合实际运行状况。对空压机进行远程监控操作大幅降低了井下工作人员的劳动强度，节省了设备的维修保养费用，达到了对空压机设备的自动化控制故障监测目的，使用效果良好。

表3 空压机测试参数Table 3 Air compressor test parameters

4 结 语

针对新元矿实际情况，基于逻辑控制电子触电PLC操作系统，设计了空压机故障监控系统。实践表明，设计的监控系统可以实现对空压机运行状态的实时监控，可靠性高，达到了设计目的，降低了井下工作人员的劳动强度，节省了设备的维修保养费用，操作界面简单优化，实际应用良好，工作效率得到有效提升。