煤礦螺桿式空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案研究

顧 潔

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備科工安全儀器有限責(zé)任公司， 山西 大同 037000）

引言

螺桿式空壓機(jī)在煤礦企業(yè)中屬于“四大運(yùn)轉(zhuǎn)”（通、壓、排、提）設(shè)備中的一種，可作為動(dòng)力源帶動(dòng)煤礦井下風(fēng)鉆、風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)械、風(fēng)鎬設(shè)備等機(jī)械進(jìn)行作業(yè)。由于煤礦作業(yè)環(huán)境的特殊性，要求煤礦開采技術(shù)應(yīng)逐步向自動(dòng)化、智能化和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展，以提高煤礦開采效率和生產(chǎn)安全性，但目前較多煤礦廠的開采技術(shù)水平相對(duì)較落后，自動(dòng)化程度、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控水平及監(jiān)測(cè)精度相對(duì)較低，對(duì)煤礦開采環(huán)境的安全構(gòu)成較大風(fēng)險(xiǎn)[1]，因此加強(qiáng)科技投入，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦空壓機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。

1 螺桿式空壓機(jī)結(jié)構(gòu)組成

目前，煤礦井下使用較多的是螺桿式空壓機(jī)，其結(jié)構(gòu)主要由機(jī)體機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)構(gòu)、壓縮機(jī)構(gòu)、冷卻機(jī)構(gòu)、操縱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、動(dòng)為機(jī)構(gòu)等組成，煤礦螺桿式空壓機(jī)主機(jī)分布如圖1所示[2]?？諌簷C(jī)在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能又轉(zhuǎn)化成機(jī)械做功產(chǎn)生的熱能和增加空氣壓力的勢(shì)能，具有效率高、不易損件、振動(dòng)小、噪音低、不產(chǎn)生火花、不怕超負(fù)荷等特點(diǎn)，其輸出壓縮空氣可作為井下煤礦機(jī)械設(shè)備施工作業(yè)的動(dòng)力源，與電力能源相比具有更高的負(fù)載能力和安全性[3]。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

2.1 井下安裝設(shè)備具備的功能要求

1）實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿式空壓機(jī)排氣溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并將其與相應(yīng)閥值進(jìn)行對(duì)比判斷，進(jìn)而采用報(bào)警提示；

2）對(duì)油氣分離器進(jìn)行判斷，若該裝置發(fā)生堵塞，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示；

3）對(duì)過濾器端口進(jìn)行判斷，若該設(shè)備發(fā)生堵塞，則系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示；

圖1 煤礦螺桿式空壓機(jī)主機(jī)分布圖

4）當(dāng)壓差高于0.18 MPa時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；

5）對(duì)空壓機(jī)的排氣壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并判斷，若排氣壓力不在正常范圍內(nèi)，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。

2.2 井上安裝設(shè)備具備的功能要求

1）實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿式空壓機(jī)排氣溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，將與相應(yīng)閥值進(jìn)行對(duì)比判斷，采用報(bào)警提示；

2）對(duì)油氣分離器進(jìn)行判斷，若該裝置發(fā)生堵塞，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示；

3）對(duì)冷卻水流量進(jìn)行判斷，當(dāng)流量低于閥值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，空壓機(jī)斷電停止運(yùn)行；

4）對(duì)過濾器端口進(jìn)行判斷，若該設(shè)備發(fā)生堵塞，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示；

5）當(dāng)壓差高于0.18 MPa時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；

6）對(duì)空壓機(jī)的排氣壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并判斷，若排氣壓力不在正常范圍內(nèi)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警提示，空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序具備的功能要求

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序編寫過程中，應(yīng)保證所編寫程序具有如下功能：

1）對(duì)監(jiān)測(cè)到的空壓機(jī)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；

2）對(duì)監(jiān)測(cè)到的空壓機(jī)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；

3）對(duì)監(jiān)測(cè)到的空壓機(jī)油濾、油氣堵塞等情況進(jìn)行報(bào)警；

4）對(duì)監(jiān)測(cè)到的空壓機(jī)冷卻水壓異常情況進(jìn)行報(bào)警；

5）整套程序具有異常狀態(tài)急停功能。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能參數(shù)確認(rèn)

空壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其本身的運(yùn)行參數(shù)需保持在一定范圍內(nèi)，當(dāng)某些參數(shù)超過或低于閥值時(shí)，需要對(duì)空壓機(jī)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)參數(shù)主要包括：溫度、壓力、流量、溫度、液位、流量等，其中，壓力及溫度閥值如表1所示[5]。

表1 檢測(cè)參數(shù)閾值表

在監(jiān)測(cè)過程中，系統(tǒng)將根據(jù)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行自動(dòng)控制保護(hù)，其主要包括：

1）溫度監(jiān)測(cè)與控制保護(hù)。當(dāng)空氣壓縮機(jī)的排氣溫度升高至溫度參數(shù)的設(shè)定值100℃時(shí)，其常閉觸點(diǎn)將進(jìn)行斷開，空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

2）壓力檢測(cè)與超壓控制。通過實(shí)時(shí)采集空壓機(jī)排氣壓力的相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)排氣壓力超過正常排氣壓力0.8 MPa時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出預(yù)警提示并自動(dòng)切斷空壓機(jī)，使其進(jìn)入超壓保護(hù)。

3）流量檢測(cè)與斷油停機(jī)控制。當(dāng)進(jìn)出油壓差增大并超過設(shè)定值0.18 MPa時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將發(fā)出預(yù)警提示，空壓機(jī)進(jìn)入自動(dòng)停機(jī)保護(hù)狀態(tài)。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

該方案主要包括上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和下位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制子系統(tǒng)。上位機(jī)為一臺(tái)工控機(jī)，通過井上、井下安裝的可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣壓縮機(jī)數(shù)據(jù)的采集將數(shù)據(jù)，并通過CAN總線將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)進(jìn)行判斷，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警提示，操作人員可根據(jù)報(bào)警提示采取相應(yīng)措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺桿式空壓機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控[6]。通過該方案，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)各類參數(shù)指標(biāo)及常見故障的準(zhǔn)確判斷和預(yù)警提示，為煤礦空壓機(jī)的安全運(yùn)行起到了重要的保障作用。如圖2所示。

圖2 空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體方案示意圖

5 結(jié)論

煤礦螺桿式空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體方案的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)井下、井上設(shè)備監(jiān)測(cè)的功能要求，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集及時(shí)有效，與預(yù)期相符，提高了煤礦生產(chǎn)效率和安全水平，為空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工程上的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。