煤矿压风机自动化控制系统
1 控制系统结构设计
空压机集中控制系统主要有上位工控机系统、空压机监控分站控制柜、各种检测传感器、仪表。上位工控机系统由工业控制计算机.音箱及组态软件组成，其主要完成空压机远程参数设置、空压机操控及其数据处理、监测、查询等功能。空压机监控分站控制柜作为监控核心，采集处理压风机各类信号，并上传至调度中心监控电脑，实现空压机各种保护、报警、监控和控制功能，实现全自动运行，实现压缩机房无人值守和远程操作。控制系统可以使各台空压机提高工作性能，在保证供气质量的前提下，实现限度的节能运行。
系统结构图
2 控制系统主要功能要求
2.1 无人值守，节能增效
系统可全自动化运行，实现空压机房无人值守。通过系统的管理压缩机、冷却水泵、余热利用设备等附属设备，控制压风机加卸载及启停，达到自动（动态）恒压供风，满足现场用气需求。
2.2 联动控制
1)
自动压力控制 在上位工控机上，用户可以设定目标压力范围。控制系统将使空气系统的压力控制在设定的范围之内。
一旦控制系统检测到系统压力低于设定目标压力下，就会自动按照设定的空压机主备机运行次序加载相应的空压机；
一旦控制系统检测到系统压力高于设定目标压力上，控制系统将自动按照设定的空压机主备机运行次序卸载相应的空压机，空压机长时间卸载后将会自动停机，以节省能源消耗。
2)
次序控制（主备机控制） 用户预先在控制系统上为空压机设定运行次序，控制系统则将根据预先确定的顺序切换条件（时间或事件）进行运行顺序的切换，无需操作人员的干预。
次序切换（相当于主备机倒机）在设定的切换时间到达时自动进行切换，或者人为进行强制切换，从而使每台机运行时间趋与均衡。
3）单点压力控制 目标压力是通过系统中的单点设定压力进行传感控制而不是分级压力控制，从而使系统压力很好的维持在设定的目标压力范围内。
2.3 控制方式
1)
调度中心集中控制 全自动联动运行方式。系统根据设定的工作时间和工作压力值、总管当前实时压力值，自动判断当前投入/切除系统中的空压机台数，经特定的运算处理，对空压机进行加载、卸荷或切除、投入系统工作，实现自动(动态)恒压供风。
半自动一键起停。对同一组的设备实现联锁启动或停机。
单步操作。对每一个进调度的设备实现单独启动或停机。
2)
控制柜手动操作方式： 系统在手动工作方式下，可通过原有的空压机自身控制按钮来控制每台空压机的启动或停机；
2.4 工况监测
实现对压力（包括压风机总出口压力、风包压力、润滑油压力等）流量（冷却水进口流量、压风机供风流量等）、温度（包括风机出口温度、风包温度、冷却水进出口温度、电机轴承和绕组温度等）、震动以及电气参数（包括电机电流、电压、功率、日耗电量等）的连续在线监测功能。具有完备的保护及报警显示功能，可以实现电机过载停机、缺相保护、润滑油及排气温度、断水保护等功能。
2.5 故障保护和屏蔽
系统具有完备的保护功能，空压机本体、冷却系统、气路系统及供电系统发生故障时均有相应的保护措施，并能显示详细故障信息、保护动作迅速而可靠。设备故障停机后，系统能自动倒换到另一台设备运行，限度地保证了用风的安全和不间断供应。
2.6 系统拓展
系统应开放通讯协议，并预留10%余量接口，具备扩展功能以便以后技术改造及新增设备能够实现远程控制，并按需求免费进行技术服务。
2.7 通讯方式
通讯方式必须采用通讯线进行通讯，具备硬线通讯功能；
3 系统硬件设计
新增加一套PLC控制柜，使用西门子S7-1200PLC作为核心控制器，实现系统的可靠稳定运行。
通过485通讯模块实现与压风机485通讯。
控制柜内置避雷器，满足防雷要求。
控制柜包括一块10英寸触摸屏，可以实现就地的系统运行情况，并通过控制柜本体按钮实现就地、远程切换，同时可以实现就地的设备控制。
控制柜具有一定数量的网络接口以及光纤接口。
4 软件设计
4.1 PLC控制程序设计
PLC下位机系统：现场PLC控制系统选用西门子1200系列可编程序控制器作为监控核心。充分利用可编程序控制器能适应各种恶劣现场条件，现场抗力强的特点，且安装维护方便，其模块化结构，配置相应的通讯接口与各压风机控制器通讯；与上位计算机通过进行工业以太网通讯；系统配置合理，技术可行，可以满足现场使用要求。该部分主要是根据设定的操作方式，实时采集总管空气压力自动控制各台压风机运行及保护功能。
现场传感器实时采集现场物理量信号，并将其转换为标准电信号传送给CPU。本系统现场使用的传感器较多，如压力、温度等等。为减少传输误差，提高检测精度，均选用带变送器，性能可靠，寿命长，输出标准电流信号4-20mA的传感器，直接采集现场信号，以进一步提高整套系统的可靠性。
现场压风机配电柜内的保护测控装置，通过开发通讯接口，读取配电柜实时数据，传输至PLC下位机，进行内部处理后，在界面上实时显示。
各压风机自身控制单元，开发通讯接口，完成新增加下位机PLC与各压风机控制单元进行实时通讯，完成对压风机实时参数读取及控制。
4.2 系统主要功能特点
1）能够自动采集、显示压风机的各种运行参数，控制压风机运行。
2）能够根据检测到的信号判断压风机的工作情况，故障时能及时发出报警信号，并根据故障类型停止压风机。
3）有启动功能、停止功能 、预告功能、保护及故障报警功能
4）系统通过PLC及控制网络可方便地采集现场设备开/停以及电机电流等实时数据及故障状态如：电机过载停机；排气超温断电和报警；超工作压力停机；空气过滤器堵塞报警；油过滤器堵塞报警；油气分离器堵塞报警。
5）具有多种控制方式
根据系统设置，该系统可以实现以下集中方式下：
就地手动：在该模式下通过现场PLC控制柜对每台风机的单独控制。
自动集控方式：在该模式下PLC根据设定的工作时间和工作压力值、总管当前实时压力值，自动判断当前投入/切除系统中的压风机台数，经特定的运算处理，以便对运行中的压风机进行加载或者卸荷或切除系统、投入系统工作。
远程控制方式：在该模式下，通过上位计算机的操作来在控制各压风机系统的运行。系统对操作员有权限管理，有一定的权限的操作员才可以进行远程操作。
6）实现自动恒压供风
当系统在自动集控工作方式时，系统根据设定的供气压力值，自动控制卸荷或加载。当压力值当风压达到设定值时，自动停机（卸荷）；风压降到低值时，自动启动或关闭卸荷阀。
7）安全可靠地报警保护
每台压风机均可具有：出气压力超限保护、出气超温保护、吸气阻力过大保护、润滑油超温保护、润滑油量不足保护、主电机超载保护等功能。
8）参数设定
加载压力；卸载压力；排气温度报警参数；排气温度报警停机参数；极限压力设置。
9）无人值守
实现多台压风机按程序执行启动/停止压风机操作，并控制相关的阀门等，实现全自动化运行，无人值守。全自动运行方式下，系统可以按现场需要自动启停一台或多台压风机，完成压风机的自动加卸载控制，实现压风机自动轮转功能。
10）存档功能
能够将现场运行信息存入数据库，以便于随时进行历史数据查询。
11）曲线功能
可绘制各种模拟量参数的实时曲线及历史曲线。
12）管理功能
监控软件具有设备参数、运行、检修和维护的管理功能。
13）故障诊断
控制系统具有故障自我诊断和停机保护功能，并显示故障原因。发生安全停机保护时，报警闪烁、语音提示、数据库自动生成故障记录。故障排除后，可实现安全复位。
14）视频联动
上位机控制界面可以点击查看现场视频画面，同时可以跟风机故障实现联动弹窗。
