螺杆式空压机故障检测控制系统的设计及应用分析

2024-01-12薛金国

西部探矿工程 2023年12期

薛金国

（潞安化工集团左权阜生煤业，山西晋中 032600）

1 概述

由于潞安化工集团某矿中的空压机监控系统不先进，在有运行故障出现在空压机中时，空压机无法马上响应，响应的准确度比较低与延迟性比较高存在于系统中，由于空压机时常将维修时间错过，就导致设备使用期限收到损害，所以，采用PLC 控制器来优化潞安化工集团某矿中空压机的控制系统与故障监测[1-3]。

2 设计监测与控制系统

把空压机使用到该矿中，且空压机是螺杆式的，该空压机所具有的特点就是所产生的噪声比较小、较高的可靠性与安全性、不易将设备损坏。该空压机详细的工作步骤就是空气由于转子的不断转动而流进空压机中，密封空气，并施加了一定的压力，排出气体，且该气体的压力值达到了设定值，那么空气压缩就实现了。动力系统、压缩传动、空压机体等组成了空压系统。

在本文中，主要研究的是布设到该矿所使用中的空气压缩机，且空气压缩机距离地面600m，采用PLC控制器来对该矿空压机控制器系统与故障监测需要符合下面几项要求。

（1）将温度传感器设置到空压机的输出端，能够对排放的气体温度的有关数据进行传输与记录，保证温度比预警值高时，可以马上报警并停机。

（2）压力传感器主要设计至空压机的机腔内，主要的作用就是监测气体压力方面的有关数据，且气体是所排出来的。若压力高于预警值时，可以马上报警并停机。

（3）分析与预警分离器与过滤器发生堵塞的状况。

（4）若空气压缩机中所排出的气流量比预警值高时，那么设备就是自动停机与关机，进而来保证工作的安全性。

（5）在空压机的电机正常运行时，就会有振动产生，监测所产生的振动，就能及时将出现在电机中的故障发现，然后在维修电机故障。

所以，振动、流量、温度及压力就组成了该矿空压机控制器系统和故障监测有关设计。按照新元矿真实状况，得出了表1中详细的预警值，若高于预警值时，就会停机，且停机是自动的。

表1 空压机监测参数预警数值

2.1 设计硬件组件

空压机监控系统主要包括下位机现场监控子系统、控制室远程监控主机系统。终端控制器在对数据进行接收与传输之后，会由PLC 直接传送到控制室。监控系统结构示意图见图1。

图1 监控系统结构示意图

监控室远程监测系统经过处理数据，工况有关数据的收集与整理可以由传感器来实现，且传感器是设置到终端空压机中，交互机在将所收集与整理的数据进行传输之后，直接传输到地面上的上位机中，上位机会计算与处理PLC 数据。S7-200CPU226 是PLC 模块微处理器的型号，该型号的微处理器能够存储计算系统数据，通信模块在选择网络拓展模块时，会选择西门子的，该模块能够有效抵抗输入信号所带来的干扰[4-6]。

在对传感器进行选择时，井下潮湿、腐蚀的工作环境是需要考虑的，空压机实际工况对工作环境的要求比较高，要求工作环境能够符合传感器耐高温与冲击能力方面的要求。与井下实际工作环境相结合来选择传感器的型号，表2就是其选型设计。

表2 空压机监测系统传感器选型设计

（1）空压机温度监测就是收集与处理润滑油及排气口的温度，所使用温度变送器的型号是PT100-TA10/0-200，且是整体式的，该型号温度传感器的温度变化区域是200℃，有比较大的测量范围，能够使润滑油及排气口的温度的监测更加精准；电机温度监测在选择变送器与电机轴承温度探头时，可以选择的型号是CZ251，该型号的传感器所监测的温度范围是200℃～1600℃，并且，温度信号能够转换成DC电信号来传输，且DC电信号是二线制的4～20mA，二线制是标准的，具有较好的应用效果。

（2）设计压力传感的选型。在监测空压机出口与润滑油压力时，最主要的就是保证空压机运行的稳定性与高效性，就监测母管与冷却水泵压力而言，最主要的就是对水泵运行流程进行保证。在测量压力数据时，会选用的压力变送器型号是OPEC2088，该型号是硅扩散的，该型号压力变送器所具有的特点就是数据测量比较稳定、体积比较小、测量精度比较高等，压力传感器的工作温度一般是-196℃～450℃之间，耐温范围比较大，系统设计的有关要求几乎能够满足。

（3）在选择流量传感器型号时要选择LCX号，该型号的流量传感器能够使监测远程流量与报警预警的效果得以实现，在其冷却管中安装流量传感器，当水流流至冷却管路的终端，报警信号就会被触发或马上停机。

（4）振动传感器的选型设计。在空压机正常运行时，就会产生振动，经过故障监测所产生的振动，有故障发生在电机的前提条件就是机械振动发生异常，所以，通过振动监测电机，就能及时将电机故障发现，继而来处理与维修。在此系统设计来收集其振动数据时，所选取的变送器型号是XZD-YB 一体化防爆振动变送器，所监测的振幅是0～1000μm、0～500μm、0～200μm，其工作电压是DC24V，同样将标准电信号4～20mA用作了输出电信号，系统设计方面的有关要求基本上就能满足了[7-9]。

2.2 系统软件设计的流程

在系统软件设计中主要包括2部分，即下位机系统程序与上位机系统程序。上位机系统的作用是处理与显示控制室的有关数据，所具有的功能是通信与查询，能够随时将警报发出与将指令下达。空压机工况界面、操作员系统运行界面等构成了软件设计界面，该界面能够随时显示空压机的温度、流量、压力及运行情况，能够将工人劳动量降低；下位机程序主要由识别与传输空压机工作状况的有关数据构成，可以判断存储的所有数据，当有故障发生在设备中时，就要做出初步识别，然后将预警是否处理的对应指令做出，若和故障识别指令相符，就可以执行下面的阶段，传输给上位机命令，否则按照通信系统所给予的反馈直接返回到最初状态。图2就是其详细操作的流程图。