空氣壓縮機是一種將電能轉變?yōu)榭諝鈮毫δ艿哪芰哭D換裝置。它產(chǎn)生的壓縮空氣提供給各種風動工具和設備動力，為礦井生產(chǎn)建設服務。它在煤礦生產(chǎn)建設中占有重要地位，被稱為煤礦四大機械設備之一。其運行性能的好壞直接影響煤礦的生產(chǎn)效率和安全。因此對整個壓風機房的進行實時監(jiān)控和安全保護，可以進一步提高設備的安全性，可靠性和利用率，提高煤礦的管理水平，改善工人的勞動環(huán)境產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　2空氣壓縮機變頻改造系統(tǒng)概述。

　　某煤礦現(xiàn)裝備共有3臺螺桿式空氣壓縮機，其中兩臺為20m3 /min型，一臺40m3 /min.壓風機房供電采用礦井為壓風機專門設置6kV變，配電所。變電所的6kV主電源為兩回路，一路工作，一路備用，故障后手動切換。6kV系統(tǒng)采用單母線分段運行方式。

　　壓風機房設計安裝2臺20m3 /min，0.8Mpa壓縮機，每臺壓縮機配1臺110kW異步電動機。1臺40m3 /min，0.8Mpa壓縮機，壓縮機配1臺220kW異步電動機，目前的運行方式異步電動機直接啟動，平時40立方壓縮機一直運行，當風壓不足時再手動啟動一臺20立方空壓機，另外一臺空壓機作為備用?？諌簷C的長時間空轉導致大量的能源浪費，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動異步電動機，使電動機根據(jù)風量及風壓的要求運轉，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要求。

　?。?）利用變頻器驅動電動機。

　　（2）三臺空壓機分別可以單獨控制，可實現(xiàn)單機直接啟動運行。

　?。?）三臺空壓機可以實現(xiàn)聯(lián)動控制，當平時正常工作的40立方空壓機不能滿足風壓要求時，自動啟動一臺20立方的空壓機，一臺空壓機不能滿足風壓要求時再啟動另外一臺20立方空壓機。

　?。?）三臺空壓機仍需保證獨立，每臺都可以停電檢修，不影響另外兩臺的運行，空壓機的聯(lián)動邏輯仍需能保證*優(yōu)化運行；。

　　（5）三臺空壓機的運行狀態(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，電機轉速等。

　　3系統(tǒng)結構。

　　三臺空壓機中有一臺處于長期備用，出于成本考慮，選用2臺變頻器驅動常用兩臺空壓機，一臺250KW變頻器驅動220kW電機，一臺132KW變頻器驅動110kW電機。備用壓縮機還是采用直接啟動的方式。

　　從集成化，網(wǎng)絡化的角度來設計壓風機房的集中控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)做到安全，可靠，經(jīng)濟，操作方便。系統(tǒng)為二級分步式計算機集散式控制系統(tǒng)，對壓風機運行的過程進行檢測，顯示，控制，保護，管理。系統(tǒng)分操作站（上位機及操作PLC）和現(xiàn)場控制站兩部分?，F(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，變頻器的控制數(shù)據(jù)及運行反饋數(shù)據(jù)通過DP網(wǎng)絡與現(xiàn)場控制站進行交互，操作站主要與現(xiàn)場控制站進行數(shù)據(jù)交互，傳遞控制指令及運行狀態(tài)反饋等。

　　編程器，觸摸屏，現(xiàn)場控制站，操作站組成MPI網(wǎng)絡，編程器對三方都可進行編程調(diào)試，觸摸屏采集現(xiàn)場控制站和操作站的運行數(shù)據(jù)來進行人機交互。

　　4空氣壓縮機的控制功能實現(xiàn)。

　　4.1啟動功能。

　　主機啟動前確認壓風機出口管路的電磁閥處于關閉狀態(tài)，系統(tǒng)檢查變頻器是否處于待機狀態(tài)，接到司機臺的啟動命令，控制器啟動變頻器，空壓機開始運轉當壓力達到設定的0.6MPa時維持當前的空壓機轉速，打開空壓機出口閥門，空壓機投入運行。S7-300可實現(xiàn)壓力閉環(huán)，閉環(huán)的輸出控制變頻器的轉速，維持壓力恒定。另外單臺空壓機的工作狀態(tài)上傳給總控PLC，由總控PLC確定是否需要啟動另外一臺空壓機。

　　4.2自動保護。

　　電控系統(tǒng)對主機和電動機應設有排氣超壓/超溫，變頻器故障，潤滑油超溫，軸瓦超溫，冷卻水壓低，潤滑油壓低等自動保護。

　?。?）主回路故障：當電動機主回路因故過電流或過電壓時，控制系統(tǒng)應自動停機并全卸荷。

　　（2）冷卻水系統(tǒng)故障：本技術規(guī)格書要求冷卻水泵與風機的閉鎖，當冷卻水的進口壓力低于壓力調(diào)節(jié)儀設定的下限值（共兩級）時，控制系統(tǒng)應根據(jù)情況自動發(fā)出聲光報警或停機并全卸荷。

　?。?）潤滑油系統(tǒng)故障：本技術規(guī)格書要求潤滑油泵與風機的閉鎖，當潤滑油的壓力低于壓力調(diào)節(jié)儀設定的下限值（共兩級）時，控制系統(tǒng)應根據(jù)情況自動報警或停機并全卸荷。

　　（4）排氣超限：無論壓縮機處于何種負荷調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，當Ⅰ（Ⅱ）級排氣壓力超過壓力調(diào)節(jié)儀設定的上限值（共兩級）

　　時，控制系統(tǒng)應根據(jù)情況自動發(fā)出聲光報警或停機并全卸荷。

　?。?）溫度超限：溫度超限的保護范圍包括Ⅰ級排氣，Ⅱ級進，排氣，潤滑油，后冷卻器，前，中，后軸瓦的溫度，當上述溫度超過溫度調(diào)節(jié)儀設定的上限值（共兩級）時，控制系統(tǒng)應根據(jù)情況自動發(fā)出聲光報警或停機并全卸荷。

　　4.3參數(shù)測量。

　　包括有壓力測量，溫度測量，電動機電氣參數(shù)測量。

　?。?）壓力測量：壓力測量的范圍包括排氣壓力，潤滑油壓力，冷卻水進水壓力，儲氣罐壓力以及空氣過濾器進排氣壓差測量。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，潤滑油溫度，后冷卻器排水溫度，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)。

　　（3）電動機電氣測量：電氣測量范圍包括電機主回路電流，有功電度，功率因數(shù)，勵磁電壓，電流。

　　4.4單機和三機自動運行控制功能。

　　控制系統(tǒng)為每臺壓風機配置單機配電和控制系統(tǒng)包括變頻柜。當壓風機單機運行時可實現(xiàn)主機的啟動，正常停止，緊急停止，自動調(diào)節(jié)等控制，同時實現(xiàn)對主機的各種自動保護，參數(shù)測量。

　　系統(tǒng)應能實現(xiàn)對3臺壓風機的聯(lián)鎖自動控制，根據(jù)環(huán)境條件和生產(chǎn)情況的變化自動控制壓風機的啟動，正常停止，緊急停止，負荷調(diào)節(jié)，同時實現(xiàn)對主機的各種自動保護，和參數(shù)測量。三機聯(lián)鎖控制采用PLC系統(tǒng)，設置三機聯(lián)控柜和集中控制操作臺。

　　4.5系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄功能。

　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄功能實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)記錄以供查詢運行狀態(tài)及進行故障分析。

　　在歷史數(shù)據(jù)查詢界面，通過上位機可對排氣壓力，風包壓力，排氣溫度，風包溫度，排水溫度進行查詢，對實時數(shù)據(jù)進行分析。系統(tǒng)中主要故障為通訊故障，空壓機故障，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。當啟動后，變頻器與主控回路正常，空壓機仍然不啟動，檢查空壓機本身是否顯示故障。變頻器出現(xiàn)故障后，電機無法啟動。此時查看變頻器操作面板上顯示的故障代碼，查找說明書上的故障報警信息源。在空壓機運行過程中，監(jiān)視不到某一個傳感器的信號，檢查傳感器線路是否有問題，或換個新的傳感器，檢驗是否傳感器損壞。

　　5結語。

　　系統(tǒng)自投入運行一年來穩(wěn)定可靠，滿足了生產(chǎn)的需要，達到了預期的目的。實踐證明，變頻器用于空氣壓縮機具有可靠性高，節(jié)能效果顯著，大大減少了設備維護工作量及降低維護費用等優(yōu)點，具有明顯的直接和間接經(jīng)濟效益。