張曉娟

（晉能控股煤業(yè)集團虎龍溝煤業(yè)有限公司機電科，山西 朔州 038300）

引言

壓風制氮系統(tǒng)是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，采用氮氣可以對有害的易燃易爆氣體進行有效隔離，防止危險的產(chǎn)生?，F(xiàn)在使用的壓風制氮系統(tǒng)大多采用單機控制的方式，沒有統(tǒng)一的監(jiān)控平臺，現(xiàn)場需要值班人員對多臺設(shè)備進行現(xiàn)場查看，無法進行多臺設(shè)備的統(tǒng)一管控。這種方式不僅造成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的延遲，增加了作業(yè)人員的工作量，也不能對設(shè)備進行組網(wǎng)及調(diào)配運行[1]。針對這一問題，設(shè)計壓風制氮系統(tǒng)的綜合化控制系統(tǒng)，基于PLC控制的方式對多臺設(shè)備進行工業(yè)組網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備運行的實時優(yōu)化控制，實現(xiàn)壓風制氮系統(tǒng)的無人化作業(yè)，保障煤礦的安全生產(chǎn)[2]。

1 壓風制氮系統(tǒng)綜合控制方案

采用PLC控制的綜合控制方式，綜合控制系統(tǒng)由上位機和系統(tǒng)軟件組成，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括數(shù)據(jù)感知層、PLC控制層和監(jiān)控信息層三部分，以PLC為系統(tǒng)的控制核心，與上位機、傳感器、電動控制閥門等組成整體結(jié)構(gòu)。

圖1 綜合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

綜合控制系統(tǒng)的操作模式主要包括遠程自動、遠程手動及本地操作三種[3]，在控制柜內(nèi)部可以進行遠程及本地操作的切換，且在遠程控制室和上位機界面中設(shè)置相應(yīng)的操作模式選擇按鈕。遠程操作分為遠程自動及遠程手動兩種模式，滿足運行條件時，可進行遠程自動運行。在遠程自動模式下運行，監(jiān)控系統(tǒng)的壓力值、總管網(wǎng)的壓力依據(jù)低位及高位值進行設(shè)定，并具有一定的延時時間。依據(jù)總管網(wǎng)的壓力和系統(tǒng)高低壓負荷進行自動化計算，對系統(tǒng)的壓風機及制氮機設(shè)備進行自動控制啟停時間。當設(shè)備出現(xiàn)故障時，自動退出綜合控制序列，并發(fā)出故障報警信號，提醒人工干預(yù)。遠程手動模式是在控制端上位機上，通過管理員權(quán)限可以對系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備依據(jù)現(xiàn)場情況進行手動的啟停操作[4]。在遠程手動的模式中，可以依據(jù)現(xiàn)場的工況對運行中的設(shè)備進行一鍵停止或一鍵啟動操作，實現(xiàn)設(shè)備的快速調(diào)整。本地操作是在設(shè)備現(xiàn)場對單臺設(shè)備進行獨立的操作，用于對故障檢修或設(shè)備調(diào)試階段，此時綜合控制系統(tǒng)只能讀取設(shè)備的運行參數(shù)，不能對其進行操作控制，設(shè)備運行正常后，切換到遠程操作模式。

2 綜合控制系統(tǒng)的功能及顯示界面

2.1 控制系統(tǒng)的顯示和保護功能

針對系統(tǒng)中的設(shè)備，綜合控制系統(tǒng)具有開機、停機的操作功能，依據(jù)工況進行啟動、切入切斷延時及壓力設(shè)定的功能，能夠?qū)Ω髟O(shè)備的自動控制進行設(shè)置，具有運行紀錄、報警故障、運行曲線等功能。通過系統(tǒng)內(nèi)的壓力傳感器、溫度傳感器、煙霧傳感器等進行各信號的采集及輸送功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的集中監(jiān)控及保護。在系統(tǒng)的控制室、壓風機操作室等重要位置增加視頻監(jiān)控設(shè)備，能夠?qū)υO(shè)備進行遠程的視頻監(jiān)控，實現(xiàn)圖像的實時采集，并自動進行記錄，為設(shè)備的故障排除及保養(yǎng)提供參考[5]。系統(tǒng)內(nèi)接入智慧門禁系統(tǒng)，提供密碼、刷臉及指紋等多種開門方式，并依據(jù)不同的人員需求進行權(quán)限的設(shè)置，避免無關(guān)人員的誤操作等，保證控制系統(tǒng)無人化運行的穩(wěn)定安全性。

2.2 控制系統(tǒng)的功能顯示界面

在綜合控制系統(tǒng)的控制室內(nèi)設(shè)有上位機，采用工業(yè)組態(tài)的形式對設(shè)備的信息進行采集。上位機軟件具有壓風系統(tǒng)的主界面、單臺壓風機的界面、自動控制設(shè)置、運行狀態(tài)、故障報警、用戶管理等14個界面，可實現(xiàn)對壓風制氮系統(tǒng)設(shè)備實時在線控制與監(jiān)測、一鍵啟停、自動控制設(shè)置等功能。PLC系統(tǒng)的子程序通過主程序調(diào)用的形式實現(xiàn)，PLC系統(tǒng)的控制流程圖如圖2所示。

圖2 PLC控制程序流程圖

系統(tǒng)的主控界面顯示設(shè)備的運行狀態(tài)、參數(shù)信息及報警信息等，單臺壓風機的界面如圖3所示，主要包括運行模式選擇、單臺設(shè)備的控制按鈕及運行參數(shù)顯示等。自動控制設(shè)置界面包括對壓風機設(shè)備、排污設(shè)備、語音播報等的設(shè)置，該界面進行壓風機的自動啟停值的設(shè)定、水泵的液位調(diào)節(jié)等。同時，在自動控制設(shè)置界面上可以查看設(shè)備的啟停操作順序，為系統(tǒng)的巡檢和維護提供參考。

圖3 單臺壓風機的控制界面

3 結(jié)語

綜合控制系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了對礦井的壓風制氮系統(tǒng)的自動化控制，打破了壓風機、制氮機等設(shè)備無法與外圍設(shè)備通信的難題，從而可以依據(jù)外圍環(huán)境的變化對設(shè)備進行控制；系統(tǒng)中綜合集成了礦井內(nèi)設(shè)備的運行參數(shù)，人員可以全面地查看設(shè)備的運行狀態(tài)及運行參數(shù)信息，從而可以對礦井每部的運行狀態(tài)進行實時調(diào)整，降低了設(shè)備發(fā)生故障的概率；電動的球閥控制的使用，完善了系統(tǒng)的保護功能，可以實現(xiàn)壓風制氮系統(tǒng)的無人化運行，提高了礦井的自動化水平。