郭路鵬

（山西晉煤集團(tuán)宏圣公司，山西 晉城 048006）

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

岳城煤礦13091 工作面走向長(zhǎng)度138 m，傾角2°，工作面平均采高3.8 m，共布置132 個(gè)液壓支架。乳化液泵站為兩泵一箱配置，配備兩臺(tái)無(wú)錫威順BRW400/31.5 乳化液泵（一用一備），采用人工控制和人工配比乳化液的運(yùn)行方式。現(xiàn)在泵站運(yùn)行中存在無(wú)效工作時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備加卸載頻繁、出口壓力脈動(dòng)大、人工配液準(zhǔn)確度低等缺點(diǎn)。為解決上述缺點(diǎn)，有必要開發(fā)一套乳化液泵變頻調(diào)速智能供液控制系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)具備自動(dòng)配液、變頻調(diào)速、恒壓供液、流量自調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制、智能化自動(dòng)控制、故障在線監(jiān)測(cè)和運(yùn)行參數(shù)顯示等功能，實(shí)現(xiàn)乳化液泵站的智能化運(yùn)行。

2 主要內(nèi)容

研究一套智能化泵站集控系統(tǒng)，使乳化液泵能夠?qū)崿F(xiàn)變頻自動(dòng)配液和恒壓供液功能，達(dá)到節(jié)能目的。

2.1 技術(shù)路線

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，采用的技術(shù)路線如圖1。

如圖1，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研情況及礦方需求，建立系統(tǒng)總體架構(gòu)，明確各個(gè)設(shè)備的連接關(guān)系以及相關(guān)功能，接著根據(jù)控制要求對(duì)傳感器以及變頻器進(jìn)行選型，同時(shí)對(duì)智能控制、變頻恒壓供液、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及報(bào)警、自動(dòng)配液等控制系統(tǒng)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備連接圖進(jìn)行設(shè)備的安裝調(diào)試及試運(yùn)行，并針對(duì)試運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行完善。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變頻調(diào)速智能供液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

如圖2，變頻調(diào)速智能供液控制系統(tǒng)是集控制、監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警、智能化運(yùn)行于一體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要包括如下四個(gè)系統(tǒng)。

（1）泵站系統(tǒng)。泵站系統(tǒng)配置為二泵一箱，在乳化液泵和乳化液箱內(nèi)設(shè)置溫度、壓力、液位等多種傳感器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組和軸溫、潤(rùn)滑油油溫和油位、泵輸出壓力、乳化液溫度、乳化液回液壓力等多種數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)[1]。

（2）變頻控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用組合變頻器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液泵電壓、電流等電量參數(shù)的監(jiān)測(cè)，具備重載軟啟動(dòng)、軟停車和調(diào)速控制，同時(shí)能夠根據(jù)乳化液泵輸出壓力信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)恒壓控制。

（3）自動(dòng)配液系統(tǒng)。自動(dòng)配液系統(tǒng)由配液箱、控制分站組成，同時(shí)設(shè)置壓力、溫度、流量、濃度傳感器實(shí)現(xiàn)進(jìn)水壓力、進(jìn)水流量、乳化液流量等多種數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，通過對(duì)乳化液濃度監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配液、自動(dòng)加水/補(bǔ)油。

（4）集控系統(tǒng)。集控系統(tǒng)由控制主站和控制分站組成，控制器核心為PLC，通過標(biāo)準(zhǔn)4～20 ma信號(hào)采集泵站各傳感器數(shù)據(jù)，同時(shí)可通過RS485/CAN 總線/以太網(wǎng)方式與控制分站和變頻器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制。

3 核心技術(shù)研究

3.1 智能配液技術(shù)

乳化液配比原理如圖3。

圖3 自動(dòng)配液原理圖

如圖3，清水從工作面過濾設(shè)備進(jìn)入儲(chǔ)水箱，增壓泵將清水增壓后，進(jìn)入加水過濾器(加水過濾器過濾精度100 μm)，之后壓力穩(wěn)定、清潔的中性清水進(jìn)入乳化液混合器。清水在通過乳化液混合器的同時(shí)驅(qū)動(dòng)葉輪，葉輪經(jīng)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)混合器內(nèi)吸油泵轉(zhuǎn)動(dòng)，吸油泵從儲(chǔ)油箱中吸入乳化油并與清水混合，實(shí)現(xiàn)乳化液配比[2]。配比后的乳化液進(jìn)入與泵站連接的乳化液箱?；旌掀鞒隹诘臐舛葌鞲衅鲗?shí)時(shí)讀取濃度數(shù)據(jù)，通過調(diào)節(jié)智能型油流量調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)濃度反饋信號(hào)，自動(dòng)精確地調(diào)節(jié)油流量的大小，精準(zhǔn)控制配比，保持其濃度在設(shè)定值，使配液濃度趨近于目標(biāo)濃度。

當(dāng)停止配液的時(shí)候，系統(tǒng)開始自動(dòng)檢測(cè)乳化液箱內(nèi)的乳化液濃度，具體過程為：循環(huán)泵將乳化液箱內(nèi)的乳化液抽出，經(jīng)濃度傳感器檢測(cè)后再輸回到乳化液箱，濃度傳感器檢測(cè)乳化液濃度，并與目標(biāo)濃度比較。如濃度較低，則通過油流量調(diào)節(jié)閥門加大進(jìn)油量，提高乳化液濃度，使其按較高濃度配液，通過高濃度乳化液濃縮低濃度乳化液，從而達(dá)到調(diào)高濃度的要求。如濃度過高，則通過油流量調(diào)節(jié)閥減少進(jìn)油量，降低乳化液濃度，使其按較低濃度配液，通過低濃度乳化液稀釋高濃度乳化液，從而達(dá)到調(diào)低濃度的要求。

3.2 變頻恒壓供液技術(shù)

變頻恒壓供液原理如圖4。

圖4 恒壓供液系統(tǒng)的原理框圖

如圖4，在乳化泵站供液前，首先對(duì)管路恒定壓力值進(jìn)行設(shè)定（一般為30～32 MPa），并通過壓力傳感器對(duì)電機(jī)泵出的乳化液壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)泵出液體管路壓力低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過壓力傳感器對(duì)比較單元形成負(fù)反饋新號(hào)，通過控制算法將壓力差值核算頻率差值，通過變頻器提高電機(jī)運(yùn)行頻率，使乳化液泵出的管道壓力值與設(shè)定值始終保持平衡[3]。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及結(jié)論

2019 年4 月，該系統(tǒng)在岳城煤礦1309 工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。系統(tǒng)在穩(wěn)定使用時(shí)，具備自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)配比、變頻控制、恒壓供液以及設(shè)備自動(dòng)輪換控制、故障報(bào)警、故障停機(jī)、自動(dòng)生成參數(shù)曲線和運(yùn)行報(bào)表等功能，并可以在上位機(jī)或泵站控制器上自由切換就地、遠(yuǎn)程、自動(dòng)等控制方式，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)吸油和乳化液智能配比，乳化液濃度為3.9%左右，實(shí)現(xiàn)了乳化液泵站的智能化運(yùn)行。