空压机远程监控技术

贾 文，李计志，盛长斌

（山西焦煤集团有限责任公司，山西太原 030000）

0 引言

空气压缩机是特别重要的一种设备。在煤矿生产制造这方面，有许多用于井下的设备，风镐、风钻等就是他们的代表，而且这些设备都是由空压机来提供动力。所以说，保证空压机长时间的有效正常工作，对于煤矿能否正常作业生产起到关键作用。由于空压机是矿山生产不可缺少的动力装置，必须24 h 不间断地工作，不同时段需要不同操作员进行现场检查，并记录空压机系统的运行状态和主要运行参数。采用手动控制实现启停控制，对空压机进行上下料和对空压机各种运行参数的监测，需要大量的人力资源，另外，由于工作人员水平不同，因此空压机系统的时效性和准确度也不尽相同，尤其是夜班操作人员存在注意力不集中现象，因此对空压机进行及时、准确的检查和登记是很困难的，而且随着时间的推移，在空压机故障的早期阶段，无法检测并解决可能对安全生产产生重大影响的隐患。空压机满负荷工作时用的电量比较大，如果井下用风量比较小的时候，空压机就不需要很长时间的满负荷运转运行，这样会造成很多电能的浪费，造成很多没有必要的经济损失。并且如果空压机系统失效，无法及时核实排查和准确定位故障，丧失最佳的修理机会，势必会减少空压机的使用时间。因此，需针对空压机工作研究一种远程监控技术，实时监测空压机工作状态，若空压机工作发生异常及时反馈，确保空压机工作过程安全可靠。

远程监控技术在海外的研究起步比较早，斯坦福大学与麻省理工大学于1997 年联合举办了第一次会议，这次会议的主要议题是关于远程监控诊断的，因为这次会议得到了福特、惠普、升阳等大量公司的关注，并且要在这方面给予支持，然后TESTBED 系统便由这些公司一起研究出，这种系统是实验性的远程监控系统，这个系统能做到实时的监控对于远程的网络化数据信息[1]。从此，世界各地的许多大公司和机构开始对远程监控技术的综合研究和设计，通过很长一段时间的研究，便建立了一套标准，是关于规范数据和信息处理这方面的，便于实现远程监控技术的过渡从理论研究到实际应用的发展[2]。

由于生产力水平不断提高，海外有很多知名企业和研究机构都开始致力于这方面的研究，就是远程监控空压机技术，他们所研究出的空气压缩机远程监控系统性能十分稳定而且实用性很强，例如丹麦B&K 所研究出的3540 远程监控系统，美国Bently 公司为了对空压机核心的部位进行监测，使用了多通道设置下沉监测器、气阀温度监测器、振动速度监测器，伴随着3300 空压机远程监测系统的出现解决了大型活塞空压机远程的实时监控。

1 空压机内部结构和正常运转步骤

空气压缩机的正常运转主要包括三个系统，分别是气路系统、油路系统、水路系统。这三个系统之间没有必然的联系是相互独立的，而且各自密封，各有其独立的作用，空气压缩机里面的结构和正常运转的步骤如图1 所示。

（1）气路系统。空气得到净化是由滤清器来实现的，经过滤清器后，经过减压阀就到了空压机腔中，在这个地方和润滑油混合，并且进行压缩，将会在排气口排出压缩的润滑油和空气的混合物，分离的过程是由排气逆止阀到油气分离器里面，按照最小压力阀、后冷却器、水分离器这个顺序依次通过，最终才将气体排入到排气的主管道。

（2）油路系统。润滑油和气体进行充分的混合并且压缩，是在空压机腔中完成的，使用油气分离器把他们进行分离，然后经过温控阀和冷却器，在油过滤器当中进行净化，进入最后一个地方空压机腔当中，那么这个工作过程就完成了一次循环，润滑、冷却、压缩及环保是油路系统在整个空气压缩机工作当中起到的作用，油路系统是整个空气压缩机里面非常重要的一部分。

（3）水路系统。空气压缩机中压缩气体温度和润滑油温度的降低，是靠空压机水路系统来进行实现的，这个系统能够保证整个空压机的正常工作，避免出现很高的温度对系统造成很大程度上的损伤。

2 空压机控制原理及改造方案

2.1 空压机现场控制原理

道清煤矿井下空压机房4 台空压机都是英格索兰制冷空压机，其中2 台已完成变频控制改造，空压机在启动前需连接冷却水泵，否则，空压机切水功能将失去作用。当冷却水泵发挥作用时，空压机分4 个步骤进行控制。

（1）打开控件。启动按钮后，空压机会在空载状态下启动。头部空压机吸力可以瞬间打开进气阀，但同时也会立刻关闭。在手动加载空气压缩机之前，空气压缩机始终处于空载状态。目前，空气压缩机不为主管道提供压力。

图1 空压机内部结构及工作流程图

（2）加载控件。将空压机在空载状态下启动，随着润滑油温度逐渐升高，当温度到达70（约1 min），压缩机的负载可以得到控制。此时手动将充电阀转到加载位置，通过加载阀将压力传递到气阀内使其顶开阀门。气体从进气阀进入到达空压机压缩腔内，大气压力开始释放到主管道，空压机完成加载过程。

（3）卸载控制。如果地下空气减少，则需要关闭空气压缩机。首先，拆除压缩机，手动打开加卸载按钮并将其转到卸载位置。推动气缸的进气阀门。关闭输入阀。气体的压缩机剩余压力气体向母管排出：当系统达到最大压力，内部压力的空气压缩机将自动排放，避免过度压力。当压力降至最低压力极限时，自动重新加载过程不需要手动控制。

（4）停机控制。空压机排放后不能立即停止排放，排放变压器内大量高压气体仍未排放。如果此时关闭，导致阀内高压气体无法排出，需要重新释放气体。空压机的启动相当于加载启动，整个系统的功率损耗和有重大影响的性能增加，降低空气压缩机的使用寿命，卸载后的压缩机，压缩机的压力低于安全等级，然后执行停机操作。

2.2 空压机控制系统改造方案

空压机是矿山生产的主要力量，必须一天24 h 连续操作，在每一个时间配备不同的员工，为了控制和记录空压机的操作状态和主要操作参数，实现手动控制启动，卸载控制和操作参数监测，由于工作人员的操作水平不同，还需要大量的人力，对生产产生影响，空气压缩机业务的实时可用性和准确性也不同，特别是由于操作人员经常在晚上分心，所以他们检查和记录压缩机时无法及时、准确地发现和处理空压机故障风险，对安全生产产生重大影响。

通过对空压机控制系统的分析，可以对4 种控制系统得到如下改进。

（1）在启动按钮上串联常开按钮，停机按钮上并联常闭按钮，通过PLC 控制中间控制继电器，远程启动和关闭空压机。

（2）安装在空压机上的电磁阀与手动加载阀连接，实现空压机的远程加载功能。

（3）以PLC 为开发设备平台，应用模糊PID 控制技术对空间压缩机的调频进行控制，保证压力供气的稳定。

（4）手自控制变换。通过空压机主管道压力和压缩机一次运行时长，设计停机逻辑顺序，自动控制4 个压缩机。

（5）将变压器安装在变压器采集节点和冷却泵上，保证变压器技术参数的实时采集。

（6）上位机采用组态软件生成空间压缩机实时监控图像，实现远程控制、实时数据监控、边界外预警、数据存储和传输。

通过对空压机控制系统的设计与改装，实现对空压机的智能远程控制和数据监测功能，实现空压机稳定运行和矿山的安全生产。

3 空压机系统总体结构

空压机远程监控系统总体机构如图2 所示，系统采用三级[3-4]垂直结构框架，由PLC 控制的下位机扩展了大多数字测量单元和模拟收集单元，收集和处理由传感器实时检测到的参数，并使用逻辑集成信号程序来判断收集到的信号。上位机使用开发的组态软件和专家系统软件，将空压机遥感系统和故障诊断系统进行构建。下位机和上位机监控系统通过以太网进行实时数据交换，对当下的环境，空气压缩机进行远程控制和数据监控[5]。

图2 空压机远程监控系统总体结构

现场控制盘上安装人机触摸屏，集中显示每个空压机系统的运行情况和参数，以便工作人员和检查人员可第一时间了解和检查空压机设备的状态。

空压机房配置4 台防爆现场摄像机，实现对空压机房的多角度实时视频监控。视频转换器被现场记录锁定，通过以太网环传输到底部，由视频转换器扫描，然后通过记录传输到上位机，以在空压机室中得到实时远程监控图像。

4 结束语

（1）通过分析空压机应用场所研究现状，对空压机远程监控技术进行研究。

（2）以道清煤矿井下200 号空压机房的4 台英格索兰水冷空压机为研究背景，对其实际工作中的启动、加载、卸载、停机的控制分别进行研究，并对空压机控制系统改造，最终满足远程智能空压机控制和实时数据监控操作，确保空压机安全持久的稳定运行，并为矿井下安全生产提供有力的保障。

（3）针对空气压缩机设计整个系统，基于工业以太网实现下位机与上位机监控系统的实时数据交互，实现空压机的远程控制和数据监测，并且增加人机界面触摸屏，对设备运行状态以及运行参数进行集中显示，确保工作人员能够及时且全面掌握空压机设备运行状况，实现对空压机设备远程实时监控。