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制氮机是煤矿安全工程中必不可少的设备之一，目前制氮机的控制还停留在人工控制加监测的水平，所有阀门和调节阀的动作都需要人来完成，制氮机运行时的噪声非常大;开发一种新型的矿用制氮机监控系统，将先进的自动控制技术、通信技术、计算机技术、软件技术、信息技术相结合，使制氮机生产与远程监控作为一个整体进行控制，对提高煤矿生产运行状况、安全水平、事故灾害预测预报具有重要的作用。1系统的硬件组成及功能系统的控制功能由PLC来实现。监控功能则由数据服务器、地面上位机和现场触摸屏实现，触摸屏和地面上位机软件实时显示制氮机的运行状态，供工作人员查询。制氮机工作状态的信息采集由温度传感器、压力传感器、流量计、氧电池、电量变送器、电动阀门等完成。系统通过串口MODlbus协议与空压机通讯，读取空压机信息。1)系统以西门子PLC为控制核心，在完成自动化控制功能的同时，兼有与各种设备通信的功能。其中，与触摸屏的通信为PPI协议，实现制氮机现场控制和数据显示;与上位机通信为TCP/IP协议，使工作人员可以对制氮机远程监控;通过MODbus协议与空压机通信，采集空压机出口压力值、空压机电机电流、空压机运行时间、空压机运行状态、空压机故障等，并实时显示。2)系统主要采集的可以反映整个制氮机运行状态的参数有:制氮机膜入口温度、制氮机膜入口压力、制氮机膜出口氮气流量、制氮机膜出口氧含量、电网电压、闸阀开度。同时系统也统计氮气累计运行时间，累计总排氮量。3)系统的控制功能表现在3种控制方式上，自动控制、半自动控制、手动控制。实现这3种控制的关键点是在系统建设或改造中将自动控制所涉及的阀、空压机、冷干机、加热器全部建设为电动或通讯，在各控制监控点安装稳定可靠并且测量准确的传感器，为系统提供可靠的控制依据。4)系统的保护环节也极为重要，在无人值守时，每一个保护信号的判断都影响着系统的运行稳定性。当这些信号使系统发生动作时，系统会自动保护设备使之进入煤矿安全规程规定的关停状态，系统会以声、光等形式发出报警提示，提醒监控人员或操作人员和现场维护人员有异情况发生。同时系统监控主机上的软件系统会对报警数据进行存·多渠道、多手段远程监控是整合整个煤矿制氮机监控系统的核心部分，负责整个制氮机设备及监控数据的管理、整定配置，internet网络间以及服务器与手机间的通讯。即可以通过办公电脑，也可以通过手机web直接浏览到制氮机控制系统服务器。电脑、手机均可与服务器进行实时数据通讯、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、画面编辑、参与控制等任务。6)系统的主要技术指标包括:①系统通信距离:MODlbus通信不超过2km，TCP/IP通信不超过10km;②控制系统响应时间≤0.5s;③监测的压力值:0～10MPa;④监测的温度值0～200℃;⑤监测的流量值:0～1000m3/h;⑥监测的氧含量值:0%～21%。2系统的软件组成制氮机监测系统软件组成图如图1。模拟量采集。模拟量采集主要完成数字量与模拟量之间的转换功能。PLC采集到的数字量值为0～32767之间的数值，对应于所检测模拟量的量程，如0～200℃等，所以需要相应的转换，转换公式如式(1)。A=(D－D0)×(Am－A0)Dm－D0(1)式中:A为转换后的实际值;D为采集到的数字量值;D0为数字量最小值，36000;Dm为数字量最大值，0;Am量程最大值;A0为量程最小值。2)通信功能。包括的3种通信方式在PLC的编程软件中都有相应的功能块，这极大的方便了工程人员的操作，在编程时，只要调用相应的功能块，并对应于不同的通信方式，设置好参数后就可以实现稳定、高速的通信。3)全自动控制功能。通过后台PLC功能实现程序编写，将系统设置成自动工作状态后，空压机启动，系统就会通过氧电池、压力传感器检测到的氮气含量和压力值等信息进行分析，当达到排气条件后，根据程序设置自动启动排放阀进入注氮工作，从而使设备简单化，操作一键化，达到监、管、控一体化及无人值守的目的，减少了制氮机岗位操作司机。4)报警功能。采集系统完成数据上传，实时检测上传数据的通讯状态，一旦发现数据没有连接，立即提出报警;上位机建立数据库服务器，作为web发布。4结语矿用制氮机自动控制系统，能为煤矿企业减员增效，同时制氮机监控系统的存在可以减少煤矿安全事故的发生，并能有效实现井下制氮机监管，为煤矿生产提供有力保障，提高生产自动化水平。瑞气是一家从事气体设备及气体产品应用研究开发的专业公司，是中国常温空分领域的领导品牌和功勋企业。公司的核心业务包括：气体设备+气体产品。 |