本實用新型涉及煤礦井下的空壓機，具體為一種空壓機變頻節(jié)能集控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

螺桿式空壓機是煤礦生產(chǎn)過程中必需氣動設(shè)備的動力源，屬于煤礦高能耗設(shè)備，目前，國內(nèi)外大多數(shù)空壓機采用星-三角起動后，工頻額定運行，在使用過程中存在以下主要問題：由于井下用氣量的不確定性，不能根據(jù)氣體壓力值的大小自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，在用氣量小的時候，隨著氣壓的增高，卸載閥頻繁動作，造成電能的極大浪費和設(shè)備的加速磨損。所有空壓機的起停均由高壓開關(guān)柜控制，起動方式為直接起動，起動時會對設(shè)備產(chǎn)生機械沖擊、對供電系統(tǒng)產(chǎn)生電氣沖擊，容易造成設(shè)備損壞。當(dāng)空壓機運行于輕載狀態(tài)時，電機的功率因數(shù)較低，會產(chǎn)生大量的無功功率損耗，同樣造成大量的無用的電能消耗?？諌簷C沒有集中控制，由人工根據(jù)井下用氣量的大小手動控制空壓機運行的數(shù)量，供氣壓力得不到實時控制。缺乏信息化和自動化管理，空壓機的設(shè)定參數(shù)、運行參數(shù)、故障信息和冷卻系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)、運行參數(shù)、故障信息不能實現(xiàn)監(jiān)視與控制，更不能上傳到值班室或調(diào)度室?？諌簷C房設(shè)備零散，監(jiān)控困難，且空壓機不能根據(jù)用氣壓力值的大小自動調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，在用氣量小的時候，隨著氣壓的增高，卸載閥頻繁動作，造成電能的極大浪費和設(shè)備的加速磨損。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決現(xiàn)有空壓機缺乏信息化和自動化管理的問題，提供了一種空壓機變頻節(jié)能集控系統(tǒng)。

本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：空壓機變頻節(jié)能集控系統(tǒng)，包括：工業(yè)計算機，工業(yè)計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換機連接到PLC控制柜、遠程監(jiān)測顯示裝置以及網(wǎng)絡(luò)攝像機，遠程監(jiān)測顯示裝置設(shè)置在調(diào)度室內(nèi)，PLC控制柜連接有壓力變送器，壓力變送器的壓力傳感器設(shè)置在供氣管路中，PLC控制柜通過RS485通訊及無源接點連接到一號空壓機、二號空壓機、三號空壓機、四號空壓機和開關(guān)柜，開關(guān)柜內(nèi)設(shè)有冷卻水泵開關(guān)和冷卻風(fēng)扇開關(guān)。

使用時，一號空壓機為變頻控制，二號空壓機為備用、三號空壓機、四號空壓機為工頻控制。系統(tǒng)啟動后，利用壓力變送器的壓力傳感器檢測管網(wǎng)壓力，當(dāng)管網(wǎng)壓力小于設(shè)定值的下限時，自動開啟一號空壓機，根據(jù)管網(wǎng)壓力大小以PID方式自動調(diào)整一號空壓機的轉(zhuǎn)速，使壓力始終維持在設(shè)定值范圍內(nèi)；當(dāng)一號空壓機達到額定轉(zhuǎn)速管網(wǎng)壓力仍小于設(shè)定值下限且壓力不再增加時，自動開啟三號空壓機，隨著管網(wǎng)壓力的上升，當(dāng)壓力值大于設(shè)定值下限時，一號空壓機減速運行，當(dāng)氣體供需平衡壓力穩(wěn)定時，停止減速，保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變，否則一直減速直至最低35Hz；如果三號空壓機開啟后，仍不能滿足需求，則自動開啟四號空壓機，隨著管網(wǎng)壓力的上升，當(dāng)壓力值大于設(shè)定值下限時，一號空壓機減速運行，當(dāng)氣體供需平衡壓力穩(wěn)定時，停止減速，保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變，否則一直減速直至最低35Hz。同理，當(dāng)管網(wǎng)壓力大于設(shè)定值的上限時，根據(jù)管網(wǎng)壓力大小以PID方式自動調(diào)整一號空壓機的轉(zhuǎn)速，使壓力始終維持在設(shè)定值范圍內(nèi)；當(dāng)一號空壓機達到最低轉(zhuǎn)速管網(wǎng)壓力仍大于設(shè)定值上限且壓力不再減小時，自動停止四號空壓機，隨著管網(wǎng)壓力的下降，當(dāng)壓力值小于設(shè)定值上限時，一號空壓機加速運行，當(dāng)氣體供需平衡壓力穩(wěn)定時，停止加速，保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變，否則一直加速直至50Hz；如果四號空壓機停止后，仍不能滿足需求，則自動停止三號空壓機，隨著管網(wǎng)壓力的下降，當(dāng)壓力值小于設(shè)定值上限時，一號空壓機加速運行，當(dāng)氣體供需平衡壓力穩(wěn)定時，停止加速，保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速不變，否則一直加速直至50Hz。

通過增加變頻器、PLC控制柜、壓力變送器對空壓機進行PID閉環(huán)控制，使空壓機按需運行在最佳狀態(tài)。變頻器用于調(diào)節(jié)空壓機轉(zhuǎn)速，壓力變送器用于管網(wǎng)壓力檢測，PLC控制柜用于根據(jù)壓力變送器反饋值和壓力設(shè)定值進行運算，控制變頻器的運行。根據(jù)供氣系統(tǒng)的運行工況，分為“供氣不足”、“供氣過量”、“供需平衡”三種情況。當(dāng)檢測到管網(wǎng)壓力小于設(shè)定值下限時，表明“供氣不足”，提高變頻器的頻率輸出，使空壓機轉(zhuǎn)速上升，從而增加空壓機的供氣量。當(dāng)本臺空壓機達到額定供氣量，仍然“供氣不足”時，需增加一臺空壓機投入運行，此時若出現(xiàn)“供氣過量”，需把變頻器控制的空壓機減速運行，直至管網(wǎng)壓力達到設(shè)定范圍。若仍然“供氣不足”，需增加另一臺空壓機直至出現(xiàn)“供氣過量”時，才可把變頻器控制的空壓機減速運行，直至管網(wǎng)壓力達到設(shè)定范圍。當(dāng)檢測到管網(wǎng)壓力大于設(shè)定值上限時，表明“供氣過量”，降低變頻器的頻率輸出，使空壓機轉(zhuǎn)速下降，從而減少空壓機的供氣量。當(dāng)本臺空壓機達到最低供氣量，仍然為“供氣過量”時，需減少一臺空壓機投入運行，此時若“供氣不足”，需把變頻器控制的空壓機加速運行，直至管網(wǎng)壓力達到設(shè)定范圍。若仍然“供氣過量”，需減少另一臺空壓機直至出現(xiàn)“供氣不足”時，才可把變頻器控制的空壓機加速運行，直至管網(wǎng)壓力達到設(shè)定范圍。當(dāng)檢測到的壓力在設(shè)定值范圍內(nèi)時，保持變頻器的頻率輸出不變，使空壓機轉(zhuǎn)速恒定，從而使管網(wǎng)壓力維持在設(shè)定范圍。

本實用新型的有益效果如下：本實用新型將空壓機、水泵、風(fēng)扇進行集中控制，依據(jù)空壓機和冷卻系統(tǒng)的邏輯控制關(guān)系，由上位機按照起停順序控制。始終保證有一臺空壓機進行著變頻調(diào)速，上位機根據(jù)井下用氣量的大小，調(diào)整變頻運行空壓機的轉(zhuǎn)速，及是否起停其它臺空壓機，從而實現(xiàn)氣量的連續(xù)調(diào)節(jié)，備用空壓機既可作為變頻調(diào)速使用空壓機的備用，又可作為工頻使用空壓機的備用。實時監(jiān)測空壓機和冷卻系統(tǒng)的運行狀態(tài)及運行參數(shù)。對系統(tǒng)各設(shè)備進行集中保護，發(fā)生故障時，系統(tǒng)報警，作出相應(yīng)停機動作。對系統(tǒng)的運行參數(shù)及故障信息進行記錄，可供隨時查詢?？蓪⒓叵到y(tǒng)全部信息上傳調(diào)度室，也可進行遠程網(wǎng)絡(luò)訪問。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、方便易用、成本低且節(jié)能。

附圖說明

圖1為本實用新型的監(jiān)測與顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本實用新型的集中控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實用新型的設(shè)備供電原理圖；

圖中：1-工業(yè)計算機，2-網(wǎng)絡(luò)交換機，3-PLC控制柜，4-網(wǎng)絡(luò)攝像機，5遠程監(jiān)測顯示裝置，6-壓力變送器，7-開關(guān)柜，8-高壓變頻器，11-一號空壓機，12-二號空壓機，13-三號空壓機，14-四號空壓機。

具體實施方式

空壓機變頻節(jié)能集控系統(tǒng)，包括：工業(yè)計算機1，工業(yè)計算機1通過網(wǎng)絡(luò)交換機2連接到PLC控制柜3、遠程監(jiān)測顯示裝置5以及網(wǎng)絡(luò)攝像機4，遠程監(jiān)測顯示裝置5設(shè)置在調(diào)度室內(nèi)，PLC控制柜3連接有壓力變送器6，壓力變送器6的壓力傳感器設(shè)置在供氣管路中，PLC控制柜3通過RS485通訊及無源接點連接到一號空壓機11、二號空壓機12、三號空壓機13、四號空壓機14和開關(guān)柜7，開關(guān)柜7內(nèi)設(shè)有冷卻水泵開關(guān)和冷卻風(fēng)扇開關(guān)。

具體實施過程中，集控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息主要在工業(yè)計算機的顯示器上顯示。包括避免非工作人員登陸誤操作的登錄畫面、空壓機組的運行狀態(tài)以及主要參數(shù)的顯示，壓機及冷卻系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)顯示，參數(shù)設(shè)置主要包括設(shè)備選用、運行模式、系統(tǒng)PID參數(shù)設(shè)定，顯示近期報警日期、時間、類型及界限值?？諌簷C排氣壓力及排氣溫度過高；空壓機電機過流、過載、超溫，冷卻系統(tǒng)電機的過流、過載，冷卻水循環(huán)斷水。空壓機的運行歷史數(shù)據(jù)記錄及查詢。以上數(shù)據(jù)保存在工業(yè)計算機硬盤中，數(shù)據(jù)更新周期為三個月，可供相關(guān)授權(quán)人員隨時查詢。

高壓變頻器選則ACS2000，PLC控制柜部分采用SIEMENS可編程控制器S7-200作為中央控制處理器。ACS 2000變頻器可靠性高，安裝便捷，調(diào)試快速，

PLC控制柜是該空壓機控制系統(tǒng)的核心，內(nèi)置SIEMENS可編程控制器S7-200作為中央控制處理器。主要用于空壓機、冷卻系統(tǒng)的水泵、風(fēng)扇的程序控制和運行參數(shù)的信號采集；在設(shè)備出現(xiàn)故障時，進行報警和保護；工業(yè)計算機作為該控制系統(tǒng)的上位機，是主要用于現(xiàn)場設(shè)備的遠程組態(tài)控制、監(jiān)測顯示。通過鼠標(biāo)操作，可以輕松控制現(xiàn)場設(shè)備的運行；通過顯示器可以清楚直觀的看見設(shè)備的運行狀況和運行參數(shù)。