矿井空压机远程监测控制系统的研究

赵 鑫

（华阳集团五矿机运区，山西 阳泉 045000）

引言

煤矿空气压缩机，简称空压机，它主要是通过压缩的方式降低该质量下的空气体积，相较于未压缩前形成较大的空气压力，并将其积聚的压力转换为动力带动一些相关施工机械设备进行作业，如空气锤设备、风镐设备、风动凿岩、装岩机械设备以及风钻等相关设备[1]。针对一些事故多发的矿井，包括易涌出有害气体、瓦斯煤尘等易发生爆炸等，相对于电气设备，空压机等风动设备优势相当明显。除此之外，在掘进矿山岩石施工作业中，此种压风设备具有较强的冲击力能够钻削矿井中坚硬的岩石。虽然空压机在矿井生产中适用性强，但其在恶劣的运行工况下事故频发。常见事故包括，风包缺陷、供风不足、积碳燃烧以及风包爆炸等，对施工人员以及施工环境造成了一系列的安全威胁。这些主要是由于对空压机监测不到位，安全保护措施采取不及时，过多的积炭燃烧导致爆炸事故的发生。传统的监测方式主要是基于煤矿安全员的在施工现场抄表监测，监测水平技术落后、繁琐，极大地影响了煤矿安全生产、高效生产的生产效率。为解决这一问题，开设矿井空压机远程监测控制系统的研究也是一项重要的研究课题。

1 工程概况

某煤矿井上安装4 台空压机，井下安装6 台空压机。在井上，空压机机房距办公大楼600 m；在井下，空压机分布总长为2 500 m。空压机在井下分布情况详细如下：井上空压机机房距井口约400 m；井口距-600 m 水平下井口600 m；-600 m 水平下井口距-850 m 水平上井口480 m；-850 m 水平上井口距-850 m 水平下井口250 m；-850 m 水平下井口距井下压缩机机房610 m，井下压缩机机房则总长160 m，如图1 所示。

图1 某煤矿空压机在井上、井下的分布情况

该煤矿使用的空气压缩机为螺旋杆式，它主要通过输出压缩气为井下的相关设备提供动力支持，相较于电力设备，其无火花产生、避免触电事故的发生、低负载等运行特点[2]。除此之外，该类型空气压缩机具有高效率、低噪音、小振动以及使用稳定等特点。该空压机主要由七大机构组成，包括三个工作过程：首先，转动转子，由进气口通入空气，密封进入该机体的空气；接着，压缩气体则空气压力上升，当该压力压缩至规定值，停止压缩即压缩完成；最后，转动转子，由排气口排出压缩空气[3]。

2 工程参数

该矿空压机在正常运转时，其压力、温度以及流量等相关数值都在一定范围内，这些值也作为监测参考，一旦超过限定值，则发生信号报警。相关监测参数以及阀值如表1 所示。

表1 远程监测参数及其数值

除此之外，该空压机应具备自动保护的特点以及监测系统功能，包括以下几个方面：当空压机的排气温度高于设定温度时，需断开常闭触点，空压机则停止工作。具体地说，针对井上空压机，其排气预警温度为100 ℃，停机温度为110 ℃；针对井下空压机，排气正常工作温度为75～90 ℃，超出规定温度范围5 ℃，设备直接停机；实时监测所排出气体的压力范围，排气压力的正常范围为0.8 MPa；当水流量的压力处于0.2 MPa 以下时，发生报警后停机；各类机构构件发生堵塞现象，则会直接报警，包括空气过滤器、油气分离以及过滤器等相关设备构件；可直接显示出空压机低水流量、过载、过高的轴温以及排气温度异常等现象。

3 工程方案

针对第一部分确定出的井上井下各4 台和6 台空气压缩机，其中，井上空压机选择型号LU400-200型空气压缩机；井下空压机则选择MGL型空气压缩机，第二部分给出了所设置远程监控系统的参数以及系统功能，本部分主要详细阐述整个煤矿应用空气压缩机的工程方案。

该煤矿的远程监测系统主要包括两个子系统，远程监测主要指上位机子系统；下位机为现场监测及控制子系统。上位机由工控机进行控制，其井上、井下空气压缩机的相关传输数据可由可编程逻辑控制器编辑处理并且经总线的方式传输至上位机。下位机则是由PLC 控制器来控制设备以及采集数据的完成。倘若设备在正常运行过程中超出所设定参数范围，则会有声光等报警声发生并提示相关操作人员排除故障并实施相应的处理措施。为便于集中管理统一调度，该矿总办公室亦可接受到相关异常信号，及时调整并发布处理方案。

针对井上空压机的相关数据主要是输入于可编程控制器PLC 中，它主要采取的通讯口为485，并选取Modbus 作为协议模式进行协议。所采集的井上空压机数据包括温度、压力、流量、压缩机主机一、二以及磁力启动器的相关数据，经485 通讯和井上的工控机两者间进行交换数据及处理数据。

井下空压机的一些状态包括：运行、电源、过流、漏电、高温、反向、断相、过载、油气分离器堵、油过滤器堵等，可经磁力启动器的智能芯片进行指示。老版井下压缩机购买时间早，由指针式机械表监测温度、压力的示数，现主要是通过利用压力传感器、温度传感器等智能化设备将数据转换为压力、温度等模拟信号进行采集；先前无485 通讯，现主要通过温度以及流量等信号，采用的设计理念为模块化，其网络监视功能主要是利用远程PC 机且显示屏为现场可触摸型，整个监测系统精确、稳定且具有可视化功能。该煤矿的井下-850 m 已被确定为瓦斯突出矿井，所涉及的仪器仪表均需符合GB3836的相关标准。鉴于该煤矿的6 台井下空压机间的间隔较远，在每台空压机旁都应加之一台PLC 控制器，便于后续整个远程监测控制系统的扩展与升级且也有利于传感器的走线布置，方便高效。

4 结语

传统的矿井设备存在设备老化，技术落后等问题，以某矿井为研究对象，完成了矿井空压机远程监测控制系统的研究。根据其井上井下空压机的分布情况，确定出需监测的具体项目及参数，规定出其正常监测设备的运行值范围。将继电器的机械触点转换为由PLC 控制的电子触点，采用智能化传感器，如此控制，不仅提高了生产效率，而且整个远程监测控制系统简单便捷且易于操作。