空压机自动化监控系统的方案设计
2022-06-09
【摘要】目前，企业生产的和市场销售的空压机，绝大部分均为智能型空压机，智能型空压机本身具有参数监测、自动控制及保护等功能。在厂矿企业生产现场需要与冷却水泵、风包及电控设备等形成一个系统运行。多台空压机时，设计一套自动监控系统来监控空压机的运行就显得更加必要。
本文以枣矿集团田陈煤矿压风机房改造项目为背景，研究了自动监控系统来监控空压机的运行。把4台智能空压机组成网络，并对风包、冷却水水泵等进行改造，实现整个压风机房的在线实时监测和智能控制，从而达到无人值守的目的。
【关键词】空压机；自动控制；无人值守
1.压风机系统现场情况概述
空压机房配置四台智能型空压机，智能型空压机本身具有参数监测、自动控制及保护等功能。现场配置四台冷却水泵，为空压机提供循环冷却水，风包以一对一方式设置。
2.压风机集中控制系统监测的主要参数与部位
压气系统
压缩机排气温度、排气压力、风包压力、风包温度等参数；
冷却水系统
冷却水进水口压力；
电机系统
电机电压、电流、螺杆温度等；
供电系统
电压、电流、有功、无功、功率因数、电量及频率等；
3.压风机集中控制系统结构
系统主要由各类传感器、电动阀、PLC控制柜、带触摸屏的西门子S7-300 PLC及模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、串行通信模块及以太网通信模块等组成。采用集中管理、分散控制系统结构。
系统的现场测量控制主要由各类传感器、变送器及执行机构完成。对于空压机本体，由于选用的是智能型的设备，所需传感器及执行机构本身已有，无需再添加。智能空压机都提供有通信接口，所以只需通过通信电缆连接到PLC系统中，通过在PLC中编程即可实现对空压机的自动监控。
压风机房风包部分需要加装以下设备：风包压力变送器、风包温度变送器、风包排污口阀门应选用电动阀。
压风机房冷却水水泵的出水口阀门也应选用电动阀。电动阀及水泵的控制通过数字量输入输出模块实现。
压风机供电系统的监控通过高压柜内装设的微机综合保护装置实现，综保都具有通信功能，通过其通信接口可以与PLC连接，通过在PLC内编程即可实现压风机供电参数的采集、开关的遥控分合闸等功能。
PLC集中控制柜设于压风机房内，PLC选用西门子S7-300系列，性能稳定而可靠。集控柜装设有触摸屏，操作人员可通过该触摸屏查看各台空压机的实时运行情况，如操作员权限符合要求，还可向空压机发出命令，进行各种控制操作。
PLC集中控制柜内装设有以太网通信模块及光端机等设备，可方便地与调度中心通信。在调度中心设有高性能工业控制计算机、打印机等设备，并装有后台监控软件，可实现对压风机房的远程集中控制，最终实现无人值守。
4.压风机集中控制系统实现的功能
4.1控制系统具备就地手动/远方控制两种控制方式。压风机房集中控制柜内提供有触摸屏操作界面，能对压风机系统所有运转状态、运行参数及故障信号进行动态显示。操作人员可以对压风机发出命令，控制压风机的启停、冷却水泵的启停、风包的定期排污等等。
可以在调度室内设高性能工控机，配后台监控软件，软件基于高性能的工控组态软件编制，可实现对压风机房的远程集中监控。
4.2压风机集中控制系统可以完成对压力（包括压风机排气压力、风包压力、冷却水压力）、温度（包括压风机排气温度、风包温度）、空压机总运转时间以及电气参数（包括电机温度、电流、电压、电机功率、日耗电量等）的连续在线检测功能。
4.3具有保护及报警显示功能，具体有：
超温保护
超风压保护
断水保护
空气过滤器堵塞报警
油过滤器堵塞报警
油细分离器堵塞报警
电机过载、超温保护
故障排除后，可实现安全复位功能。
4.4实现空压机供气网络的自动联动控制，按程序执行启动/停止压风机操作。可通过比较供气压力与设定联机控制压力，选取空压机发送控制命令，控制网络中空压机的启动停机、自动稳定供气压力、平衡网络中各空压机的运行时间。
4.5具有参数设定功能，具体有：
风包自动排污运行参数设置
压风机自动运行参数设置
4.6后台监控软件可提供设备管理及人员管理功能。设备管理功能包括设备参数一览表、设备投入运行时间显示、设备当次工作时间、设备工作总时间等。人员管理功能包括工作人员一览表、值班人员安排、管理员及操作员权限密码设置等。
5.压风机集中控制系统的特点
本系统以工业控制PLC为核心，主要由各类传感（变送）器、执行器、PLC、触摸屏及通讯装置等设备组成，主要特点如下：
采用了先进的计算机技术，功能强大，智能化程度高。
PLC选用国际著名品牌西门子的S7-300系列。可靠性高、抗干扰能力强，与普通PLC相比平均硬故障/软故障间隔时间更长、功能，通用性更强、速度更快、扩展更灵活。
监控软件采用国外著名的组态软件InTouch进行二次开发，稳定可靠。以图形界面显示工作状态，画面丰富，直观生动。
监控软件还可提供设备管理及人员管理功能。
选用了国外进口传感（变送）器，具有原理先进，质量可靠，寿命长，精度高等特点。
采用了多种抗干扰措施，因此系统的抗干扰能力强，可靠性高，监测准确。
留有备用通道，便于扩展。
采用先进的计算机网络技术，实现了全矿数据共享。
软件平台设计起点高，能方便地与其它自动化系统互联，为以后搭建全矿自动化平台提供最好的便利。
维护方便。
6.结语
空压机自动化监控系统通过对系统工作参数的实时监测与控制，对于保证系统正常工作，提高系统运行的可靠性与安全性，让司机及时了解空压机的工作状况，很大程度上提高了空压机的控制能力和利用率。减少了岗位司机人数，提高了工作效率和管理水平。同时在帮助维修人员及时对系统故障的早期预防和诊断等方面也具有重要的意义和推广价值。
参考文献
[1]刘新航.空气压缩机组监控系统开发[D].辽宁大连：沈阳工业大学，2006
[2]李虎.螺杆式空气压缩机智能监控系统的研发与实现[D].山东科技大学硕士论文，2007.6
本文以枣矿集团田陈煤矿压风机房改造项目为背景，研究了自动监控系统来监控空压机的运行。把4台智能空压机组成网络，并对风包、冷却水水泵等进行改造，实现整个压风机房的在线实时监测和智能控制，从而达到无人值守的目的。
【关键词】空压机；自动控制；无人值守
1.压风机系统现场情况概述
空压机房配置四台智能型空压机，智能型空压机本身具有参数监测、自动控制及保护等功能。现场配置四台冷却水泵，为空压机提供循环冷却水，风包以一对一方式设置。
2.压风机集中控制系统监测的主要参数与部位
压气系统
压缩机排气温度、排气压力、风包压力、风包温度等参数；
冷却水系统
冷却水进水口压力；
电机系统
电机电压、电流、螺杆温度等；
供电系统
电压、电流、有功、无功、功率因数、电量及频率等；
3.压风机集中控制系统结构
系统主要由各类传感器、电动阀、PLC控制柜、带触摸屏的西门子S7-300 PLC及模拟量输入模块、数字量输入模块、数字量输出模块、串行通信模块及以太网通信模块等组成。采用集中管理、分散控制系统结构。
系统的现场测量控制主要由各类传感器、变送器及执行机构完成。对于空压机本体，由于选用的是智能型的设备，所需传感器及执行机构本身已有，无需再添加。智能空压机都提供有通信接口，所以只需通过通信电缆连接到PLC系统中，通过在PLC中编程即可实现对空压机的自动监控。
压风机房风包部分需要加装以下设备：风包压力变送器、风包温度变送器、风包排污口阀门应选用电动阀。
压风机房冷却水水泵的出水口阀门也应选用电动阀。电动阀及水泵的控制通过数字量输入输出模块实现。
压风机供电系统的监控通过高压柜内装设的微机综合保护装置实现，综保都具有通信功能，通过其通信接口可以与PLC连接，通过在PLC内编程即可实现压风机供电参数的采集、开关的遥控分合闸等功能。
PLC集中控制柜设于压风机房内，PLC选用西门子S7-300系列，性能稳定而可靠。集控柜装设有触摸屏，操作人员可通过该触摸屏查看各台空压机的实时运行情况，如操作员权限符合要求，还可向空压机发出命令，进行各种控制操作。
PLC集中控制柜内装设有以太网通信模块及光端机等设备，可方便地与调度中心通信。在调度中心设有高性能工业控制计算机、打印机等设备，并装有后台监控软件，可实现对压风机房的远程集中控制，最终实现无人值守。
4.压风机集中控制系统实现的功能
4.1控制系统具备就地手动/远方控制两种控制方式。压风机房集中控制柜内提供有触摸屏操作界面，能对压风机系统所有运转状态、运行参数及故障信号进行动态显示。操作人员可以对压风机发出命令，控制压风机的启停、冷却水泵的启停、风包的定期排污等等。
可以在调度室内设高性能工控机，配后台监控软件，软件基于高性能的工控组态软件编制，可实现对压风机房的远程集中监控。
4.2压风机集中控制系统可以完成对压力（包括压风机排气压力、风包压力、冷却水压力）、温度（包括压风机排气温度、风包温度）、空压机总运转时间以及电气参数（包括电机温度、电流、电压、电机功率、日耗电量等）的连续在线检测功能。
4.3具有保护及报警显示功能，具体有：
超温保护
超风压保护
断水保护
空气过滤器堵塞报警
油过滤器堵塞报警
油细分离器堵塞报警
电机过载、超温保护
故障排除后，可实现安全复位功能。
4.4实现空压机供气网络的自动联动控制，按程序执行启动/停止压风机操作。可通过比较供气压力与设定联机控制压力，选取空压机发送控制命令，控制网络中空压机的启动停机、自动稳定供气压力、平衡网络中各空压机的运行时间。
4.5具有参数设定功能，具体有：
风包自动排污运行参数设置
压风机自动运行参数设置
4.6后台监控软件可提供设备管理及人员管理功能。设备管理功能包括设备参数一览表、设备投入运行时间显示、设备当次工作时间、设备工作总时间等。人员管理功能包括工作人员一览表、值班人员安排、管理员及操作员权限密码设置等。
5.压风机集中控制系统的特点
本系统以工业控制PLC为核心，主要由各类传感（变送）器、执行器、PLC、触摸屏及通讯装置等设备组成，主要特点如下：
采用了先进的计算机技术，功能强大，智能化程度高。
PLC选用国际著名品牌西门子的S7-300系列。可靠性高、抗干扰能力强，与普通PLC相比平均硬故障/软故障间隔时间更长、功能，通用性更强、速度更快、扩展更灵活。
监控软件采用国外著名的组态软件InTouch进行二次开发，稳定可靠。以图形界面显示工作状态，画面丰富，直观生动。
监控软件还可提供设备管理及人员管理功能。
选用了国外进口传感（变送）器，具有原理先进，质量可靠，寿命长，精度高等特点。
采用了多种抗干扰措施，因此系统的抗干扰能力强，可靠性高，监测准确。
留有备用通道，便于扩展。
采用先进的计算机网络技术，实现了全矿数据共享。
软件平台设计起点高，能方便地与其它自动化系统互联，为以后搭建全矿自动化平台提供最好的便利。
维护方便。
6.结语
空压机自动化监控系统通过对系统工作参数的实时监测与控制，对于保证系统正常工作，提高系统运行的可靠性与安全性，让司机及时了解空压机的工作状况，很大程度上提高了空压机的控制能力和利用率。减少了岗位司机人数，提高了工作效率和管理水平。同时在帮助维修人员及时对系统故障的早期预防和诊断等方面也具有重要的意义和推广价值。
参考文献
[1]刘新航.空气压缩机组监控系统开发[D].辽宁大连：沈阳工业大学，2006
[2]李虎.螺杆式空气压缩机智能监控系统的研发与实现[D].山东科技大学硕士论文，2007.6