压风制氮系统综合化控制系统的设计分析

张晓娟

（晋能控股煤业集团虎龙沟煤业有限公司机电科，山西 朔州 038300）

引言

压风制氮系统是保证煤矿安全生产的重要环节，采用氮气可以对有害的易燃易爆气体进行有效隔离，防止危险的产生。现在使用的压风制氮系统大多采用单机控制的方式，没有统一的监控平台，现场需要值班人员对多台设备进行现场查看，无法进行多台设备的统一管控。这种方式不仅造成了现场数据的延迟，增加了作业人员的工作量，也不能对设备进行组网及调配运行[1]。针对这一问题，设计压风制氮系统的综合化控制系统，基于PLC控制的方式对多台设备进行工业组网，实现设备运行的实时优化控制，实现压风制氮系统的无人化作业，保障煤矿的安全生产[2]。

1 压风制氮系统综合控制方案

采用PLC控制的综合控制方式，综合控制系统由上位机和系统软件组成，其整体结构如图1所示，包括数据感知层、PLC控制层和监控信息层三部分，以PLC为系统的控制核心，与上位机、传感器、电动控制阀门等组成整体结构。

图1 综合控制系统的结构示意图

综合控制系统的操作模式主要包括远程自动、远程手动及本地操作三种[3]，在控制柜内部可以进行远程及本地操作的切换，且在远程控制室和上位机界面中设置相应的操作模式选择按钮。远程操作分为远程自动及远程手动两种模式，满足运行条件时，可进行远程自动运行。在远程自动模式下运行，监控系统的压力值、总管网的压力依据低位及高位值进行设定，并具有一定的延时时间。依据总管网的压力和系统高低压负荷进行自动化计算，对系统的压风机及制氮机设备进行自动控制启停时间。当设备出现故障时，自动退出综合控制序列，并发出故障报警信号，提醒人工干预。远程手动模式是在控制端上位机上，通过管理员权限可以对系统内的设备依据现场情况进行手动的启停操作[4]。在远程手动的模式中，可以依据现场的工况对运行中的设备进行一键停止或一键启动操作，实现设备的快速调整。本地操作是在设备现场对单台设备进行独立的操作，用于对故障检修或设备调试阶段，此时综合控制系统只能读取设备的运行参数，不能对其进行操作控制，设备运行正常后，切换到远程操作模式。

2 综合控制系统的功能及显示界面

2.1 控制系统的显示和保护功能

针对系统中的设备，综合控制系统具有开机、停机的操作功能，依据工况进行启动、切入切断延时及压力设定的功能，能够对各设备的自动控制进行设置，具有运行纪录、报警故障、运行曲线等功能。通过系统内的压力传感器、温度传感器、烟雾传感器等进行各信号的采集及输送功能，实现对系统的集中监控及保护。在系统的控制室、压风机操作室等重要位置增加视频监控设备，能够对设备进行远程的视频监控，实现图像的实时采集，并自动进行记录，为设备的故障排除及保养提供参考[5]。系统内接入智慧门禁系统，提供密码、刷脸及指纹等多种开门方式，并依据不同的人员需求进行权限的设置，避免无关人员的误操作等，保证控制系统无人化运行的稳定安全性。

2.2 控制系统的功能显示界面

在综合控制系统的控制室内设有上位机，采用工业组态的形式对设备的信息进行采集。上位机软件具有压风系统的主界面、单台压风机的界面、自动控制设置、运行状态、故障报警、用户管理等14个界面，可实现对压风制氮系统设备实时在线控制与监测、一键启停、自动控制设置等功能。PLC系统的子程序通过主程序调用的形式实现，PLC系统的控制流程图如图2所示。

图2 PLC控制程序流程图

系统的主控界面显示设备的运行状态、参数信息及报警信息等，单台压风机的界面如图3所示，主要包括运行模式选择、单台设备的控制按钮及运行参数显示等。自动控制设置界面包括对压风机设备、排污设备、语音播报等的设置，该界面进行压风机的自动启停值的设定、水泵的液位调节等。同时，在自动控制设置界面上可以查看设备的启停操作顺序，为系统的巡检和维护提供参考。

图3 单台压风机的控制界面

3 结语

综合控制系统的应用，实现了对矿井的压风制氮系统的自动化控制，打破了压风机、制氮机等设备无法与外围设备通信的难题，从而可以依据外围环境的变化对设备进行控制；系统中综合集成了矿井内设备的运行参数，人员可以全面地查看设备的运行状态及运行参数信息，从而可以对矿井每部的运行状态进行实时调整，降低了设备发生故障的概率；电动的球阀控制的使用，完善了系统的保护功能，可以实现压风制氮系统的无人化运行，提高了矿井的自动化水平。