空压机变频节能集控系统的制作方法

本实用新型涉及煤矿井下的空压机，具体为一种空压机变频节能集控系统。

背景技术：

螺杆式空压机是煤矿生产过程中必需气动设备的动力源，属于煤矿高能耗设备，目前，国内外大多数空压机采用星-三角起动后，工频额定运行，在使用过程中存在以下主要问题：由于井下用气量的不确定性，不能根据气体压力值的大小自动调节电机转速，在用气量小的时候，随着气压的增高，卸载阀频繁动作，造成电能的极大浪费和设备的加速磨损。所有空压机的起停均由高压开关柜控制，起动方式为直接起动，起动时会对设备产生机械冲击、对供电系统产生电气冲击，容易造成设备损坏。当空压机运行于轻载状态时，电机的功率因数较低，会产生大量的无功功率损耗，同样造成大量的无用的电能消耗。空压机没有集中控制，由人工根据井下用气量的大小手动控制空压机运行的数量，供气压力得不到实时控制。缺乏信息化和自动化管理，空压机的设定参数、运行参数、故障信息和冷却系统的设定参数、运行参数、故障信息不能实现监视与控制，更不能上传到值班室或调度室。空压机房设备零散，监控困难，且空压机不能根据用气压力值的大小自动调节电机转速，在用气量小的时候，随着气压的增高，卸载阀频繁动作，造成电能的极大浪费和设备的加速磨损。

技术实现要素：

本实用新型为了解决现有空压机缺乏信息化和自动化管理的问题，提供了一种空压机变频节能集控系统。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：空压机变频节能集控系统，包括：工业计算机，工业计算机通过网络交换机连接到PLC控制柜、远程监测显示装置以及网络摄像机，远程监测显示装置设置在调度室内，PLC控制柜连接有压力变送器，压力变送器的压力传感器设置在供气管路中，PLC控制柜通过RS485通讯及无源接点连接到一号空压机、二号空压机、三号空压机、四号空压机和开关柜，开关柜内设有冷却水泵开关和冷却风扇开关。

使用时，一号空压机为变频控制，二号空压机为备用、三号空压机、四号空压机为工频控制。系统启动后，利用压力变送器的压力传感器检测管网压力，当管网压力小于设定值的下限时，自动开启一号空压机，根据管网压力大小以PID方式自动调整一号空压机的转速，使压力始终维持在设定值范围内；当一号空压机达到额定转速管网压力仍小于设定值下限且压力不再增加时，自动开启三号空压机，随着管网压力的上升，当压力值大于设定值下限时，一号空压机减速运行，当气体供需平衡压力稳定时，停止减速，保持当前转速不变，否则一直减速直至最低35Hz；如果三号空压机开启后，仍不能满足需求，则自动开启四号空压机，随着管网压力的上升，当压力值大于设定值下限时，一号空压机减速运行，当气体供需平衡压力稳定时，停止减速，保持当前转速不变，否则一直减速直至最低35Hz。同理，当管网压力大于设定值的上限时，根据管网压力大小以PID方式自动调整一号空压机的转速，使压力始终维持在设定值范围内；当一号空压机达到最低转速管网压力仍大于设定值上限且压力不再减小时，自动停止四号空压机，随着管网压力的下降，当压力值小于设定值上限时，一号空压机加速运行，当气体供需平衡压力稳定时，停止加速，保持当前转速不变，否则一直加速直至50Hz；如果四号空压机停止后，仍不能满足需求，则自动停止三号空压机，随着管网压力的下降，当压力值小于设定值上限时，一号空压机加速运行，当气体供需平衡压力稳定时，停止加速，保持当前转速不变，否则一直加速直至50Hz。

通过增加变频器、PLC控制柜、压力变送器对空压机进行PID闭环控制，使空压机按需运行在最佳状态。变频器用于调节空压机转速，压力变送器用于管网压力检测，PLC控制柜用于根据压力变送器反馈值和压力设定值进行运算，控制变频器的运行。根据供气系统的运行工况，分为“供气不足”、“供气过量”、“供需平衡”三种情况。当检测到管网压力小于设定值下限时，表明“供气不足”，提高变频器的频率输出，使空压机转速上升，从而增加空压机的供气量。当本台空压机达到额定供气量，仍然“供气不足”时，需增加一台空压机投入运行，此时若出现“供气过量”，需把变频器控制的空压机减速运行，直至管网压力达到设定范围。若仍然“供气不足”，需增加另一台空压机直至出现“供气过量”时，才可把变频器控制的空压机减速运行，直至管网压力达到设定范围。当检测到管网压力大于设定值上限时，表明“供气过量”，降低变频器的频率输出，使空压机转速下降，从而减少空压机的供气量。当本台空压机达到最低供气量，仍然为“供气过量”时，需减少一台空压机投入运行，此时若“供气不足”，需把变频器控制的空压机加速运行，直至管网压力达到设定范围。若仍然“供气过量”，需减少另一台空压机直至出现“供气不足”时，才可把变频器控制的空压机加速运行，直至管网压力达到设定范围。当检测到的压力在设定值范围内时，保持变频器的频率输出不变，使空压机转速恒定，从而使管网压力维持在设定范围。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型将空压机、水泵、风扇进行集中控制，依据空压机和冷却系统的逻辑控制关系，由上位机按照起停顺序控制。始终保证有一台空压机进行着变频调速，上位机根据井下用气量的大小，调整变频运行空压机的转速，及是否起停其它台空压机，从而实现气量的连续调节，备用空压机既可作为变频调速使用空压机的备用，又可作为工频使用空压机的备用。实时监测空压机和冷却系统的运行状态及运行参数。对系统各设备进行集中保护，发生故障时，系统报警，作出相应停机动作。对系统的运行参数及故障信息进行记录，可供随时查询。可将集控系统全部信息上传调度室，也可进行远程网络访问。本实用新型结构简单、安全可靠、方便易用、成本低且节能。

附图说明

图1为本实用新型的监测与显示系统结构图；

图2为本实用新型的集中控制系统结构图；

图3为本实用新型的设备供电原理图；

图中：1-工业计算机，2-网络交换机，3-PLC控制柜，4-网络摄像机，5远程监测显示装置，6-压力变送器，7-开关柜，8-高压变频器，11-一号空压机，12-二号空压机，13-三号空压机，14-四号空压机。

具体实施方式

空压机变频节能集控系统，包括：工业计算机1，工业计算机1通过网络交换机2连接到PLC控制柜3、远程监测显示装置5以及网络摄像机4，远程监测显示装置5设置在调度室内，PLC控制柜3连接有压力变送器6，压力变送器6的压力传感器设置在供气管路中，PLC控制柜3通过RS485通讯及无源接点连接到一号空压机11、二号空压机12、三号空压机13、四号空压机14和开关柜7，开关柜7内设有冷却水泵开关和冷却风扇开关。

具体实施过程中，集控系统监测数据信息主要在工业计算机的显示器上显示。包括避免非工作人员登陆误操作的登录画面、空压机组的运行状态以及主要参数的显示，压机及冷却系统实时数据显示，参数设置主要包括设备选用、运行模式、系统PID参数设定，显示近期报警日期、时间、类型及界限值。空压机排气压力及排气温度过高；空压机电机过流、过载、超温，冷却系统电机的过流、过载，冷却水循环断水。空压机的运行历史数据记录及查询。以上数据保存在工业计算机硬盘中，数据更新周期为三个月，可供相关授权人员随时查询。

高压变频器选则ACS2000，PLC控制柜部分采用SIEMENS可编程控制器S7-200作为中央控制处理器。ACS 2000变频器可靠性高，安装便捷，调试快速，

PLC控制柜是该空压机控制系统的核心，内置SIEMENS可编程控制器S7-200作为中央控制处理器。主要用于空压机、冷却系统的水泵、风扇的程序控制和运行参数的信号采集；在设备出现故障时，进行报警和保护；工业计算机作为该控制系统的上位机，是主要用于现场设备的远程组态控制、监测显示。通过鼠标操作，可以轻松控制现场设备的运行；通过显示器可以清楚直观的看见设备的运行状况和运行参数。