矿用空压机智能联控分析

2023-08-31张杰

机械管理开发 2023年7期

张杰

（山西焦煤西山煤电杜儿坪煤矿，山西太原 030022）

0 引言

矿用空压机是指矿井生产作业中的动力设备，能够将空气压缩至一定压力后，为风钻等装置提供动力。通常来说，依照冷却方式的不同可将空压机细分为空冷空压机以及水冷空压机，但由于空冷空压机对现场通风量的要求较高，因此将以水冷空压机作为主要研究对象，对智能联控进行分析，具有十分重要的意义。

1 系统整体结构

矿用空压机智能联动控制系统，如图1 所示，是以PLC 作为控制中心，主要结构框架为三层集散，上位机则采用组态软件来实现动态画面的远程控制，而搭载的结构变量能实现上位机对空压机的智能把控，也可借助故障诊断数据库完成设备的故障推理。同时系统采用了RS485 总线，促进组态软件与PLC 之间的通信以及数据传输，若上位机与控制及设备相隔距离较大，则通过光纤完成信号的远距离传输，借助两端的光端机，确保信号及时转换。并且PLC 能够将传感器获取到的空压机参数以内部编写的形式完成计算，之后经RS485 总线传递至上位机。

图1 矿用空压机智能联控系统

2 矿用空压机智能联控系统探究

2.1 工作原理

水冷空压机智能联控系统的控制内容主要包括以下两点：第一，结合检测到的空压机母管压力值以及设备运行状态，完成空压机的自动启停切换以及变频调速，确保母管压力值保持在安全范围内，实现对气动装置的供气；第二，在进行空压机的启停处理中，需要实现冷却水泵的智能控制，结合实际需求确保空压机启动前预先完成冷却水泵的启动，使冷却水能够流入空压机冷却系统，之后再停机处理一段时间，才可停止冷却水泵的运行。

通常来说空压机以及冷却水泵的联动控制能够实现空压机的自动启停以及加载与卸载，保证空压机母管的供气稳定，借助联动控制系统能够使设备在可用风量较少时减少负载运行，达到降低电能消耗的目的，延长空压机使用寿命。空压机联动控制系统的工作原理主要是借助压力传感器完成母管压力值的检测，之后将其与系统的期望压力值进行比对，找出二者的偏差，若偏差为正，则证明母管压力值高于期望压力值，需要通过变频调速减少空压机输出。若偏差为负，则证明母管压力值低于期望压力值，此时需要借助变频调速来提高风压输送量。

空压机的变频调速控制大多只适用于母管压力值在一定波动范围内的调节，而采用的变频调速方法实现风压输出的控制也同样存在一个上限值与下限值，在此区间能够实现风量的调节，一旦压力值高于或低于调节范围，只能启动或停止另一台空压机来实现控制[1]。

2.2 运行模式

空压机与冷却水泵循环系统的结构主要包括：过滤器、进水阀、出水阀、温度传感器、循环冷却水站、水泵，不同的空压机需要由不同的冷却水泵完成冷却水的供给。通常来说，每两台空压机便需要共用一个循环冷却水站，而外来冷却水源要经过过滤器过滤处理后，才可流入循环冷却水站。当空压机处于正常运行阶段，以某地方1 号空压机作为分析对象，其工作顺序为：开启冷却水泵，进水阀与出水阀在完全开启后反馈至控制系统一个限位反馈之后，启动1 号冷却水泵电机，待冷却水流入冷却循环系统形成回路后，再启动1 号空压机并进入延时阶段，直至润滑油温度达到适宜标准后，才可开始加载。当停止空压机时，首先要确保空压机准确执行卸载程序，并在卸载后不可立即完成停机操作，这是因为空压机在刚卸载时，内部仍存在大量高压气体，此类气体并未排入母管中，一旦出现停机操作，则高压气体会滞留在设备当中。在二次启动空压机时，实质上属于带载荷启动，容易导致系统掉电，影响空压机性能与使用寿命，在完成空压机卸载后，要等待压力降至安全标准内才可执行停机操作，并在空压机停机1 min 后停止冷却水泵电机，直至电机完全停止后，关闭进水阀与出水阀，从而完成整个停机过程。

水冷空压智能联控系统的整个控制过程为：空压机智能联控系统设备上电，利用安装在母管上的压力传感器完成母管压力的检测，并将其与系统设定的压力值进行比对，若检测压力值高于系统设定值，则利用变频调速降低空压机螺杆转速，降低风压输出，若达到调节下限，此时母管压力值仍高于设定值，则需要关闭一台空压机，再利用变频调速，实现压力恒定。当母管压力检测值小于系统设定值，则要利用变频调速，提高空压机螺杆转速，提升风压输出，若在变频调速范围内仍难以达到设定压力值，则要利用系统启动一台空压机，确保母管压力恒定。同时要注意在实现连续控制时，为了确保空压机能够得到平衡使用，防止出现单台空压机运行时间过长，需要对空压机起停顺序进行把控，确保设备总运行时间相近，以此达到延长空压机使用寿命的目的。具体方法可分为以下两点：

1）控制启停顺序，在空压机联动控制过程中，至少保证一台变频改造后的空压机，时刻处于运行状态，借助变频调速完成母管压力的调节，而空压机的启停顺序控制大多采用指针方法，该方法是指当空压机启动后，其标志位置为1，证明空压机已经启动，在停机过程中，要优先完成该空压机的停止，若空压机未启动，则标志位置为0，下次启动时则要将启动标志为0 的空压机作为优先启动对象，至于未完成变频改造的空压机，其启动优先级应高于变频改造后的空压机，比如当1 号空压机与4 号空压机同时运行时，但母管压力却低于系统设定值，则要再次启动一台空压机，并将2 号空压机作为优先启动对象。

2）运行时间控制，空压机在处于运行状态时应当做好单台空压机连续时间的把控，确保不同空压机之间能够实现启停切换，防止单台空压机出现过长运行时间的情况，避免零部件出现破损，影响空压机性能以及使用寿命。当出现因空压机母管压力值变化，导致设备启停切换时，每台空压机的运行时间大约在两小时，若每运行0.5 h 则时间计数应当加1，直至2 h后时间计数将为4，此时系统需要控制该空压机停机，并将时间计数溢出清零，具体的运行顺序则应置于最底层，直至下一次启动。

2.3 PID 控制器

水冷空压机智能联控系统采用了模糊PID 控制器，能够借助扩展的模拟量采集模块实现压力传感器以及温度传感器的数据收集，之后通过内部程序实现信号的A/D 处理，并与上位机设定的标准值进行比对，从而找出实际偏差，再借助A/D 转换完成控制信号的输出，传递至变频器，以此完成电机转速以及空压机风量的调节，保证母管管道恒压供气，冷却水出水恒温控制[2]。