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　　1、概述

      空氣壓縮機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈮毫δ艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置。它產(chǎn)生的壓縮空氣提供給各種風(fēng)動(dòng)工具和設(shè)備動(dòng)力，為礦井生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)。它在煤礦生產(chǎn)建設(shè)中占有重要地位，被稱為煤礦四大機(jī)械設(shè)備(組成：驅(qū)動(dòng)裝置、變速裝置等)之一。其運(yùn)行性能的好壞直接影響煤礦的生產(chǎn)效率和安全。因此對整個(gè)壓風(fēng)機(jī)房的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和安全保護(hù)，可以進(jìn)一步提高設(shè)備的安全性，可靠性和利用率，提高煤礦的管理水平，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益(Economic performance)和社會效益。
　　2、空氣壓縮機(jī)變頻改造系統(tǒng)(system)概述
　　某煤礦現(xiàn)裝備共有3臺螺桿式空氣(Basin air)壓縮機(jī)(compressor)，其中兩臺為20m3 /min型，一臺40m3 /min.壓風(fēng)機(jī)房供電采用礦井為壓風(fēng)機(jī)專門設(shè)置6kV變，配電所。昆山空壓機(jī)維修工作時(shí)，空氣經(jīng)過自潔式空氣過濾器被吸入，通過PLC自動(dòng)清洗過濾器，空氣在經(jīng)過進(jìn)口導(dǎo)葉自動(dòng)調(diào)節(jié)后進(jìn)入一級壓縮，經(jīng)一級壓縮后的氣體溫度較高，然后進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻(水走管內(nèi)，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級壓縮系統(tǒng)變電所的6kV主電源為兩回路，一路工作，一路備用，故障后手動(dòng)切換。6kV系統(tǒng)采用單母線分段運(yùn)行方式。
　　壓風(fēng)機(jī)房設(shè)計(jì)(design)安裝(installation)2臺20m3 /min，0.8Mpa壓縮機(jī)，每臺壓縮機(jī)配1臺110kW異步電動(dòng)機(jī)。1臺40m3 /min，0.8Mpa壓縮機(jī)，壓縮機(jī)配1臺220kW異步電動(dòng)機(jī)，目前的運(yùn)行方式方法異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，平時(shí)40立方壓縮機(jī)一直運(yùn)行，當(dāng)風(fēng)壓（wind pressure）不足時(shí)再手動(dòng)啟動(dòng)一臺20立方空壓機(jī)，另外一臺空壓機(jī)作為備用?？諌簷C(jī)的長時(shí)間空轉(zhuǎn)導(dǎo)致大量的能源浪費(fèi)，另外一方面增加礦方的生產(chǎn)成本。為降低能耗，節(jié)約成本，此次改造中利用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)根據(jù)風(fēng)量及風(fēng)壓的要求運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)約大量的電能，也就是節(jié)約生產(chǎn)成本。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)及各礦生產(chǎn)情況的不同，節(jié)能大約在40%以上，設(shè)備的投資在2-3年的節(jié)能款中收回。
　　針對老系統(tǒng)變頻改造提出了幾點(diǎn)要求。
　　（1）利用變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
　?。?）三臺空壓機(jī)分別可以單獨(dú)控制，可實(shí)現(xiàn)單機(jī)直接啟動(dòng)(start up)運(yùn)行。
　?。?）三臺空壓機(jī)可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)平時(shí)正常工作的40立方空壓機(jī)不能滿足風(fēng)壓要求時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)一臺20立方的空壓機(jī)，一臺空壓機(jī)不能滿足風(fēng)壓要求時(shí)再啟動(dòng)另外一臺20立方空壓機(jī)。
　?。?）三臺空壓機(jī)仍需保證獨(dú)立，每臺都可以停電檢修，不影響另外兩臺的運(yùn)行，空壓機(jī)的聯(lián)動(dòng)邏輯仍需能保證最優(yōu)化運(yùn)行。
　　（5）三臺空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)須在總值班室監(jiān)視，包括所有的壓力和溫度信號，變頻器電壓，電流，馬達(dá)轉(zhuǎn)速等。昆山空壓機(jī)維修在啟動(dòng)前，首先啟動(dòng)油泵控制系統(tǒng)，油泵控制系統(tǒng)啟動(dòng)后保證空壓機(jī)各潤滑部件潤滑良好，同時(shí)油泵控制系統(tǒng)可通過內(nèi)置的溫控閥來調(diào)節(jié)內(nèi)部油壓和油溫，以滿足系統(tǒng)需要。
　　3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
　　三臺空壓機(jī)中有一臺處于長期備用，出于成本考慮，選用2臺變頻器驅(qū)動(dòng)常用兩臺空壓機(jī)，一臺250KW變頻器驅(qū)動(dòng)220kW電機(jī)，一臺132KW變頻器驅(qū)動(dòng)110kW電機(jī)。備用壓縮機(jī)還是采用直接啟動(dòng)的方式方法。
　　從集成化，網(wǎng)絡(luò)化的角度來設(shè)計(jì)壓風(fēng)機(jī)房的集中控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)做到安全，可靠，經(jīng)濟(jì)，操作方便。昆山空壓機(jī)維修在啟動(dòng)前，首先啟動(dòng)油泵控制系統(tǒng)，油泵控制系統(tǒng)啟動(dòng)后保證空壓機(jī)各潤滑部件潤滑良好，同時(shí)油泵控制系統(tǒng)可通過內(nèi)置的溫控閥來調(diào)節(jié)內(nèi)部油壓和油溫，以滿足系統(tǒng)需要。系統(tǒng)為二級分步式計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)，對壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的過程進(jìn)行檢測(檢查并測試)，顯示，控制，保護(hù)，管理。系統(tǒng)分操作站（上位機(jī)及操作PLC）和現(xiàn)場控制站兩部分。現(xiàn)場控制站采用SIEMENSS7-300系列PLC，操作站采用SIEMENSS7-200系列PLC.兩臺變頻器，現(xiàn)場控制站（主控PLC）和操作站（操作PLC）
　　組成DP網(wǎng)絡(luò)，變頻器的控制數(shù)據(jù)（data)及運(yùn)行反饋（fǎn kuì）數(shù)據(jù)通過DP網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場控制站進(jìn)行交互，操作站主要與現(xiàn)場控制站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，傳遞控制指令及運(yùn)行狀態(tài)(status)反饋等。
　　編程器，觸摸屏，現(xiàn)場控制站，操作站組成MPI網(wǎng)絡(luò)，編程器對三方都可進(jìn)行編程調(diào)試，觸摸屏采集現(xiàn)場控制站和操作站的運(yùn)行數(shù)據(jù)來進(jìn)行人機(jī)交互。
　　4空氣壓縮機(jī)(compressor)的控制功能實(shí)現(xiàn)。
　　4.1啟動(dòng)功能。
　　主機(jī)啟動(dòng)前確認(rèn)壓風(fēng)機(jī)出口管路的電磁閥(magnet valve )處于關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)檢查變頻器是否處于待機(jī)狀態(tài)，接到司機(jī)臺的啟動(dòng)命令，控制器啟動(dòng)變頻器，空壓機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的0.6MPa時(shí)維持當(dāng)前的空壓機(jī)轉(zhuǎn)速(Rotating speed)，打開空壓機(jī)出口閥門，空壓機(jī)投入運(yùn)行。S7-300可實(shí)現(xiàn)壓力閉環(huán)，閉環(huán)的輸出控制變頻器的轉(zhuǎn)速，維持壓力恒定。另外單臺空壓機(jī)的工作狀態(tài)上傳(Upload)給總控PLC，由總控PLC確定是否需要啟動(dòng)另外一臺空壓機(jī)。
　　4.2自動(dòng)保護(hù)。
　　電控系統(tǒng)對主機(jī)和電動(dòng)機(jī)應(yīng)設(shè)有排氣超壓/超溫，變頻器故障，潤滑油超溫，軸瓦超溫，冷卻水壓低，潤滑油壓低等自動(dòng)保護(hù)。
　?。?）主回路故障：當(dāng)電動(dòng)機(jī)(Motor)主回路因故過電流或過電壓時(shí)，控制系統(tǒng)(system)應(yīng)自動(dòng)停機(jī)并全卸荷。
　　（2）冷卻水系統(tǒng)故障（fault）：本技術(shù)規(guī)格書要求冷卻水泵與風(fēng)機(jī)的閉鎖，當(dāng)冷卻水的進(jìn)口壓力低于壓力調(diào)節(jié)儀設(shè)定的下限值（共兩級）時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)情況(Condition)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警(Call the police)或停機(jī)并全卸荷。
　?。?）潤滑油(Lubricating oil)系統(tǒng)故障：本技術(shù)規(guī)格書要求潤滑油泵與風(fēng)機(jī)的閉鎖，當(dāng)潤滑油的壓力低于壓力調(diào)節(jié)儀設(shè)定的下限值（共兩級）時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)情況自動(dòng)報(bào)警或停機(jī)并全卸荷。
　　（4）排氣超限：無論壓縮機(jī)處于何種負(fù)荷調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，當(dāng)Ⅰ（Ⅱ）級排氣壓力超過壓力調(diào)節(jié)儀設(shè)定的上限值（共兩級）
　　時(shí)，控制系統(tǒng)(system)應(yīng)根據(jù)情況自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警或停機(jī)并全卸荷。
　?。?）溫度超限：溫度超限的保護(hù)范圍(fàn wéi)包括Ⅰ級排氣，Ⅱ級進(jìn)，排氣，潤滑(lubricating)油，后冷卻器，前，中，后軸瓦的溫度，當(dāng)上述溫度超過溫度調(diào)節(jié)儀設(shè)定的上限值（共兩級）時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)情況(Condition)自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警（類型：警報(bào)器）或停機(jī)并全卸荷。
　　4.3參數(shù)測量。
　　包括有壓力測量，溫度測量，電動(dòng)機(jī)電氣參數(shù)測量。
　?。?）壓力測量：壓力測量的范圍(fàn wéi)包括排氣壓力，潤滑油壓力，冷卻水進(jìn)水壓力，儲氣罐壓力以及空氣過濾(filter)器進(jìn)排氣壓差測量。壓力測量采用壓力傳感器加壓力變送器，并給PLC系統(tǒng)提供測量到的數(shù)據(jù)。
　?。?）溫度測量：溫度測量的范圍包括排氣溫度，潤滑油(Lubricating oil)溫度，后冷卻(cooling)器排水溫度，儲氣罐溫度以及前，中，后軸瓦溫度，溫度測量采用溫度傳感器加變送器，并給PLC系統(tǒng)提供測量到的數(shù)據(jù)。
　?。?）電動(dòng)機(jī)電氣測量：電氣測量范圍包括電機(jī)主回路電流，有功電度，功率因數(shù)，勵(lì)磁電壓，電流。
　　4.4單機(jī)和三機(jī)自動(dòng)(automatic)運(yùn)行控制功能。
　　控制系統(tǒng)(system)為每臺壓風(fēng)機(jī)配置單機(jī)配電和控制系統(tǒng)包括變頻柜。當(dāng)壓風(fēng)機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)主機(jī)的啟動(dòng)，正常停止(stop)，緊急停止，自動(dòng)調(diào)節(jié)等控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的各種自動(dòng)保護(hù)(bǎo hù )，參數(shù)測量。
　　系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對3臺壓風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖自動(dòng)控制，根據(jù)環(huán)境條件和生產(chǎn)情況的變化自動(dòng)控制壓風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)，正常停止，緊急停止，負(fù)荷調(diào)節(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對主機(jī)的各種自動(dòng)保護(hù)，和參數(shù)測量。三機(jī)聯(lián)鎖控制采用PLC系統(tǒng)，設(shè)置三機(jī)聯(lián)控柜和集中控制操作臺。
　　4.5系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄(jì lù)功能。
　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)（data)記錄功能實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄以供查詢運(yùn)行狀態(tài)及進(jìn)行故障（fault）分析。昆山空壓機(jī)是回轉(zhuǎn)容積式壓縮機(jī)，在其中水或其它液體當(dāng)作活塞來壓縮氣體，然后將氣體排出。
　　在歷史數(shù)據(jù)（data)查詢界面，通過上位機(jī)可對排氣壓力，風(fēng)包壓力，排氣溫度，風(fēng)包溫度，排水溫度進(jìn)行查詢，對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。系統(tǒng)中主要故障為通訊故障，空壓機(jī)故障，變頻器故障，傳感器故障幾部分。通訊故障在本系統(tǒng)中分為兩種，一種為MPI通訊故障，第二種為DP通訊故障。系統(tǒng)具備自診斷通訊故障功能。當(dāng)啟動(dòng)后，變頻器與主控回路正常(normal)，空壓機(jī)仍然不啟動(dòng)，檢查空壓機(jī)本身是否顯示故障。變頻器出現(xiàn)故障后，電機(jī)無法啟動(dòng)。此時(shí)查看變頻器操作控制裝飾面板上顯示的故障代碼，查找說明書上的故障報(bào)警信息源。在空壓機(jī)運(yùn)行過程(guò chéng)中，監(jiān)視不到某一個(gè)傳感器的信號，檢查傳感器線路是否有問題，或換個(gè)新的傳感器，檢驗(yàn)是否傳感器損壞。
　　5結(jié)語。昆山空壓機(jī)是一種用以壓縮氣體的設(shè)備?？諝鈮嚎s機(jī)與水泵構(gòu)造類似。大多數(shù)空氣壓縮機(jī)是往復(fù)活塞式，旋轉(zhuǎn)葉片或旋轉(zhuǎn)螺桿。離心式壓縮機(jī)是非常大的應(yīng)用程序。
　　系統(tǒng)自投入運(yùn)行一年來穩(wěn)定可靠，滿足了生產(chǎn)的需要，達(dá)到了預(yù)期的目的。實(shí)踐證明，變頻器用于空氣壓縮機(jī)具有可靠性高，節(jié)能效果顯著，大大最大化減少了設(shè)備維護(hù)工作(gōng zuò)量及降低維護(hù)費(fèi)用(expense)等優(yōu)點(diǎn)，具有明顯的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益。