梁家煤矿副井压风机的改造及自动化控制.pdf

2 2 0 瞧晨 科技 2 0 1 1 年 第1 期 粱家煤矿 副井压风机 的改造及 自动化 控制 杨 明 法 ， 孙君 ． 王 宝刚 龙矿集团梁家煤矿 ， 山东 龙 口2 6 5 7 0 0 摘要粱家煤矿副井压风机是 1 9 9 o年投入使 用的， 采用的是水冷活塞武压风 机， 随着使用年 限的延 长， 设备 的效 率降低 ， 维护量加 大， 加 上 部分配件原厂家 已不再生产 ， 给维护工作带来 一定 的困难 ， 因此改造为高效率 的螺杆压风机， 并结合 当前工业控制快速 发展 ， 采用 P L C对整个 压风 系统进行控制 ， 达 到无人值 守的要求。 关键词螺杆压风机集 中控制P L C控制 系统 中图分类号 T D 4 4 3 ． 2 文献标识码B 梁家煤矿副井压风机房是 1 9 9 0年建成的， 采用的 是 L 5 ． 5和 4 L系列的水 冷活塞式空压机 ， 因此经 调研、 研究决定对原系统， 改为螺杆式压风机并实现远程控 制， 达到无人值守的要求。 1 改造 方案 的论证 1 ． 1 设 备选 型方 面 的论 证 螺杆式压风机分水 冷和风冷两种类 型。 水冷式螺 杆压风机 的优点 维护费用 相对低 ， 不会 造成机房 内温 度升 高 ； 缺 点 对水 质 硬度 、 P H值 要 求比较高， 维护费用相对较高， 整个系统的辅助设备比 较多 需 要多台水泵 、 管路等 。 风冷式螺杆压风机的优点 系统辅助设备少 ， 维护 简单， 维护费用较低； 缺点 会造成机房内室温上升。 根 据梁家煤矿 目前井水 的水质情 况 ， 决定采 用风 冷式螺杆压风机 。但必须采取措施将风冷系统 的排风 引至室外 ， 解决室内温度高的缺点。 1 ． 2 改造施 工方 面 的论 证 第一种方案 改造工程分两次完成， 一次集中改造 三台大车 包括机电一起 ； 一次集中改造两台小车。 这种方 案 的优 点 集 中施 工 ， 一 次将 压 风机调 试 好 ； 缺点 施工时间比较长 ， 影响井下的供风 。 第二种方案 五 台车分开改造， 先改造 1 一3 撑 的 机械部分， 电气采用临时供电系统。在三台车改造完 后就基本能够满足井下供风的需要， 再利用一个月度 ，收稿 日期 2 0 1 00 6 0 8 作者简介 杨明法 1 9 8 9年毕 业 于山东 科技 大学机 电专 业， 工程 师 ， 现任梁家煤矿机电二 区区长 ， 曾在 煤矿机 电 、 山东煤炭科技 上发表论文数篇。 检修时间集中改造三台高压柜； 再改造4 样 、 5 车。 这 种方案 的优点 影 响井下供 风 的时间短 ； 缺点 分散施工 ， 整个工程拖得时间长 ， 另外 因为需要临时供 电系统 ， 工程量加大 。 根据 目前井下 的用风情况 最少需 1 1 0 m ／ h 和新 的螺杆 压 风 机 的具 体情 况 体 积 比较 大 ， 4 0 m 的 为 2 0 0 0 2 3 0 03 9 0 0 ra m ， 决 定在 不 影响供 风 的情况下 采用第二种方案， 即每台车分别改造。 2系统 介绍 2 ． 1 螺 杆压风 机 S E螺杆式压风机是喷油单级双螺 杆压缩机 ， 空气 压缩是靠装 置于机壳 内互相平行啮合的阴 阳转子的齿 槽 之容 积变化 而达 到。主机 机 头 转 动进行 空气 压 缩 ， 通过 喷油对 系 统进行 冷 却 ， 主机 机头 排 出空气 和油的混合气体经过粗、 精两道分离后， 混合气体中的 油被分离出来留在油罐中再次循环使用 ， 洁净的空气 进入冷却器进行冷却后排出送入井下。 2 ． 2系统 介绍 根据 目前梁家煤 矿井下 掘进工 作面 的数量 、 喷浆 机 的使用情 况 、 风 电钻 的数 量 ， 经计 算 还 是采用 三 台 4 0 m 。 和两台 2 0 m 车， 其 中4 0 r n 3 车采用 6 k V， 2 5 0 k W 电机直接启动 的方 式 ， 2 0 m 车采用 3 8 0 V 、 1 1 0 k W 电机 直接启动 。 4 0 m 车的高压柜采用的是 K Y N一1 2 ， 其内部采用 V S 1 真空断路器， P A l 5 0型微机综合保护仪， 具有过 流、 短路、 漏电保护和无压释放 ， 且能够动态显示开关 柜的状态， 开关柜有通讯接口， 能够实现远程控制。 场所有受灾人员。 5 根据防水闸门的控制范 围和水压变化等情 况 ， 对 于不受 突水影 响的水平或采区 ， 在制定 应急处理 措施的前提下 ， 可适当安排生产工作。 实践证明， 在严重受水威胁矿井的防水闸门硐室 设计中， 该设计方案很有进一步推广应用价值。 2 0 1 1 年 第1 期 东瞧晨 斜技 ． 2 2 1 压缩机 电控 系统采 用专用 的 P L C进行控 制 ， 所有 的保 护均符合 煤矿安全规程 的规定， 具有排气超温保 护 、 风包超温保 护、 轴承温度 检测保 护、 空气 滤芯使 用 时间监控等 。P L C自动控 制及 运行参 数 自动检 测、 动 态显示， 并将数据传送到集控中心， 进行实时监测及报 警显示 。系统通过检 测管路 压力和其 它参数 ， 控 制 五 台压风机的 自动开启 ， 轮 流工作 。系统通 过触 摸屏 以 图形 、 图像 、 数据 、 文字等方式 ， 直观、 形 象 、 实时地反 映 系统工作状 态 以及 电机 工作 电流 、 电机 温 度、 轴 承 温 度、 管路压力、 开关柜状态等参数。 2 ． 3 数据 自动采集 与检测 数据 自动采集与检测主要分为两类 模拟量数据 和数字量数据 。 模拟量检测的数据主要有 管路压力、 电机工作 电 流 、 电机轴承温度 、 电机温度 、 排气温度 ； 数字量检测 的 数据主要 有 高低 压启动柜真空断路器的状态 、 电动 阀 的工作状态与启 闭位置 。 数据 自动采集 主要 由 P L C实现 ， P L C模拟量输 入 模块通过传感器连续检测 ， 将变化信 号进行 转换处理 ， 主要用 于监测 压缩机 、 电机 的运行 状况 ， 超 限报警 ， 以 避免压缩机和电机损坏。P L C的数字量输入模块将各 种开关量信号采集到 P L C中作 为逻辑处理的条件和依 据 ， 控制排压缩机的启 停。 2 ． 4 自动控 制和 轮换 工作 系统控制设计选用 了西 门子 S 7 3 0 0型 P L C为控 制 主机 ， 该 机为模 块化结构 ， 由 P L C机架 、 C P U、 电源 、 通讯等模块构成 。P L C自动化控制 系统根据压 风管路 压力 的高低 、 设备 运行 的数 量、 设备运行 时 间等 因素 ， 建立数学模 型 ， 合 理 调度 压 风机运 行 ， 自动 准确 发 出 启 、 停压 风机 的命 令 ， 控 制 5台压 风 机运 行 。 见 图 I 1 。 1 2 3 机 4 5 图 1 压风机集 中控制框 图 2 ． 5冷 却风道 的改造 采用风 冷式压风机一个缺点就是压 风机排 出的热 风积 聚在室 内 ， 造成 室 内温度 较高。热量被 压风 机循 环吸收 ， 造成设备超温跳闸， 不能正常运行。为此， 每 台压风机加工一个单独的风道， 将排出的热风经风道 排至室外 ， 减低室 内温度 ， 保证 机体的运行 。 3系统 的特 点 1 具有自动控制功能 ， 能够实现 自动开、 停压风 机 ， 实现压风机的 自动运行 ， 实 现无人值守 。 2 控制系统修改程序方便、 灵活， 便于系统的变 更 和控 制功能的增加和 减少 。 3 能够实现远程控制 ， 在触摸屏上动态监控压 风机 的运行状况 ， 实时显示压力 、 温度 、 电流 、 电压等参 数 ， 超 限报 警 ， 故 障画 面 自动弹 出 ， 故 障点 自动 闪烁。 具有故障记录， 历史数据查询等功能。 4 系统具有通讯接 口功能， P L C可同时与触摸屏 及地面监测监 控 主机通 讯 ， 传送 数据 ， 交换 信息 ， 实现 遥 测 、 遥 控功能。 5 安装方便 螺杆 式压风机 是利用 主、 副转 子相 互 啮合 的原理进行空气压缩 的。压风机在压缩过 程 中 没有剧烈震动 ， 因此螺杆式压风机不需要特定 的基础 ， 只要普通的水泥地面即可， 减少了安装工程量。 6 可靠性强 从 整体 上看 ， 螺杆式 压风机 活动 部 件较少， 不需要经常更换易损件， 可靠性非常高。 4经 济效 益 比较 1 人工 费用 低 活塞 式压 风机 需配 备专 门 的 司 机和维修工 ， 而螺杆式压风机有 自身控制 系统 ， 并 且能 够实现集 中控制 ， 无须专门 的司机 看管 ， 只要定 时巡视 即可 ， 减少 了 9 个 岗位工 ， 年节省人工费 2 9 ． 7万元 。 2 效率高 活塞 式压风机 由于余 隙容 积的存 在 ， 每一个工作行程都有多余的功损耗 ， 效率低， 而螺杆式 压风机的效率要高出 1 8 ％ ～ 2 5 ％。以梁家煤矿 目前使 用的4 0 m ／ m i n压风机 比较 年运行 8 0 0 0 h ， 电机功率 2 5 0 k Wh ， 每 k wh电 O ． 5 7元 ， 则每台每年可节约电费 2 0 ． 5 2万元。 3 由于螺杆式压风机可靠性高、 设备维护简单、 故障率低 ， 因此投入的维修材料费用低 ， 从 目前运行的 5个月看 ， 每个月可节省材 料费 1 ． 2万元 ； 同时 减少 了 活塞式压风机每年的大修费用， 估计一年可节省维修 费约 1 0 ． 8万元 。 参考文献 胡健 西门子 s 7 3 0 0 P L C应用教程机械工业出版社 2 0 0 7 ． 2