|
1监控系统的设计
1.1空气压缩机房的概况
曹庄煤矿井下空气压缩机房配置三台复盛SM- 5185W水冷型矿用螺杆空气压缩机，由两台冷却水泵提供冷却水循环，地面空气压缩机房配置一台SA185A风冷型矿用螺杆空气压缩机，用风通过地面和井下四个风包由输气管路送往井下用户。电气控制为继电器控制，控制方式为就地手动控制方式，需要依靠现场工作人员完成空气压缩机的投切，现场噪音大，工作环境恶劣。
地面空气压缩机本体装有内部控制器，操作者通过控制面板就地控制单台空气压缩机启、停，查看运行状态和修改参数等；内部控制器留有一个RS-485通信接口，支持ModbusRTU通信协议；空气压缩机系统供电开关柜内配备综保装置和测控单元，也提供RS- 485接口，可通过485网络接受主站命令并将采集的参数数据发送给主站。
1.2系统的设计方案
为了实现自动监控，矿井空气压缩机智能监控系统应具备就地手动、井下就地集中控制、地面远程集中控制三种功能。因此，在井下空气压缩机房配置控制柜，采用S7-300型PLC作为井下空气压缩机系统集中控制站，与开关柜中综保装置进行通信，实现对井下空气压缩机系统的实时监控，并通过MPI网络与地面PLC的通信，实现对地面空气压缩机系统的实时监控。同时，PLC又起到数据中转站的作用，与地面调度中心进行通信，实现地面远程集中监控。其结构。
1.2.1系统的软件设计
空气压缩机系统中每台空气压缩机、冷却水泵的运行、风包的排污操作都应具备就地手动、就地集中控制和远程集中控制三种方式，而且都提供单步、半自动和全自动三种运行方式。单步运行时，设备启、停操作按特定顺序一步一步进行。半自动运行方式：要启动或停止某台设备，只需单击一个启动或停止按钮，系统便可以自动按顺序完成各个操作环节。全自动运行方式：PLC将总线采集的信号数据应用最优控制理论处理后，自动发出启动、停机、加载、卸载、报警等控制命令，并根据风压值的大小自动运行一台或多台空气压缩机，维持风包压力在设定值范围；依据运行时间自动完成空气压缩机和冷却水泵的轮换以及风包的定时排污；还具有超温、断水等完备的保护功能，空气压缩机本体、冷却系统、气路系统及供电系统发生故障时均能快速保护，设备故障停机时能自动倒换另一台运行，最大限度地保证了井下用风。该系统的监控流程。
1.2.2PLC与现场设备的通信
PLC与现场设备的通信采用控制方便、设计简单的RS-485接口标准作为物理层通信标准。RS -485标准要求采用两线制差分方式发送和接收数据，因此有效地克服了共模干扰，抑制线路噪声；其负责完成电平的转换和数据收发。根据实际情况，通信协议采用单主、多从结构，构成总线的数据链路层协议，为主站和从站之间通信提供通信规约，保证数据可靠传递，两者共同构成了RS-485总线。
1）PLC与空气压缩机控制器通信。根据实际情况选用CP340通信模块实现主从通信，PLC与空气压缩机内部控制器之间的通信协议采用单主站、多从站的Modbus协议，选用Modbus的RTU（RemoteTer minalUnit）通信模式。地面就地控制箱PLC作为主站，内控制器设置为从站，并为分站分配地址。工作时采用命令/应答的通信方式，每一种命令帧都对应一种应答帧，Modbus协议定义了许多的功能码，不同的功能码要求从站不同的响应。系统中用到的命令字（功能码）为0x03、0x06，即读取内部控制器的寄存器和写寄存器。当主站发出功能码0x03的命令帧，地址匹配的控制器发出响应，上传存储在寄存器中的空气压缩机运行信息（压力、温度、电压、电流、运行时间及故障信息等）。
主站下发的命令帧格式。在命令帧中，寄存器首地址确定要读取的寄存器起始地址；寄存器个数指从首地址开始读取的寄存器值；CRC校验码指从站地址及其命令帧后面字节进行CRC校验生成的校验码。
2）PLC与综保装置之间通信。选用CP340通信模块，它可以提供RS-232接口，也可以提供RS-422/485接口，既可以实现点对点通信（232方式），又可实现主从通信方式（485方式）。
3）井下集中控制柜PLC与地面控制箱PLC的通信。通过CPU模块提供的9针MPI端口安装总线连接器，PLC通过MPI组成MPI网络，实现在不同的CPU之间进行数据交换，符合RS-485标准。它不需要额外的硬件和软件，结构简单，端口管理与布线容易。由于井上下空气压缩机机房距离较远，通过MPI网络传输数据时采用MPI与光纤传输技术。
1.2.3井下就地集中控制
在主PLC柜内加装一个西门子TP270触摸屏作为人机界面，显示矿井现场设备运行状态及实时参数、故障查询等，并可以通过点击图上的图标发出遥控命令，实现各类控制功能，整个界面直观鲜明，操作简单方便。
1.2.4PLC与地面调度中心的通信
井下-215m空气压缩机房PLC系统中，配备有CP343-1以太网通信模块，通过该模块可实现PLC系统与控制中心之间的通信，两者之间的数据交换采用标准的OPC方式进行。由于现场距离调度中心较远而且电磁干扰又比较严重，数据传输采用以太网与光纤传输技术。
1.2.5系统上位机监控软件
系统上位机采用国际著名组态软件InTouch编制，界面美观、运行稳定可靠，其监控主界面的主要功能。
2结语
1）矿井空气压缩机智能监控系统对空气压缩机组进行智能化、科学化管理，使其处于网络监控、全功能保护状态，实现了无人值守的目标。
2）应用最优控制理论实现了矿井空气压缩机系统的全自动优化运行，为减人提效、节能降耗、安全生产奠定了基础。
3）该系统已经在山西省曹庄煤矿使用近2年，能满足矿山现场的要求，实践证明该系统运行安全可靠，实际运行效果良好。
|
