智能供液系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)應(yīng)用

王硯鑫

（山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦， 山西 晉城 048006）

1 現(xiàn)場概況

岳城煤礦13091 工作面為該礦東翼第九個工作面。工作面走向長度138 m，傾角2°，工作面平均采高3.8 m，共布置132 個液壓支架。乳化液泵站為兩泵一箱配置，配備兩臺無錫威順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)行中存在無效工作時間長、設(shè)備加卸載頻繁、出口壓力脈動大、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)，使系統(tǒng)具備自動配液、變頻調(diào)速、恒壓供液、流量自調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程控制、智能化自動控制、故障在線監(jiān)測和運(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，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 主要研究內(nèi)容

2.1 技術(shù)路線

根據(jù)項目特點(diǎn)，采用如圖1 所示的技術(shù)路線。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況及礦方需求，建立系統(tǒng)總體架構(gòu)，明確各個設(shè)備的連接關(guān)系以及相關(guān)功能，根據(jù)控制要求對傳感器以及變頻器進(jìn)行選型，同時對智能控制、變頻恒壓供液、數(shù)據(jù)監(jiān)測及報警、自動配液等控制系統(tǒng)原理進(jìn)行設(shè)計，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

變頻調(diào)速智能供液控制系統(tǒng)是集控制、監(jiān)測、故障報警、智能化運(yùn)行于一體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要包括如下四個系統(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[1]。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)路線

圖2 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

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

3）自動配液系統(tǒng)：系統(tǒng)由配液箱、控制分站組成，同時設(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，通過對乳化液濃度監(jiān)測實(shí)現(xiàn)自動配液、自動加水/補(bǔ)油。

4）集控系統(tǒng)：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 信號采集泵站各傳感器數(shù)據(jù)，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。

圖3 自動配液原理圖

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 所示。

如圖，清水從工作面過濾設(shè)備進(jìn)入儲水箱，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為100μm），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驅(qū)動葉輪，葉輪經(jīng)傳動裝置帶動混合器內(nèi)吸油泵轉(zhuǎn)動，吸油泵從儲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。混合器出口的濃度傳感器實(shí)時讀取濃度數(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，自動精確地調(diào)節(jié)油流量大小，精準(zhǔn)控制配比，保持其濃度在設(shè)定值范圍內(nèi)，使配液濃度趨近目標(biāo)濃度。

當(dāng)停止配液時，系統(tǒng)開始自動檢測乳化液箱內(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)濃度傳感器檢測后再輸回到乳化液箱，濃度傳感器檢測乳化液濃度，并與目標(biāo)濃度比較。如果濃度較低，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。比如濃度過高，可通過油流量調(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，在乳化泵站供液前，首先對管路恒定壓力值進(jìn)行設(shè)定（一般為30～32 MPa），并通過壓力傳感器對電機(jī)泵出的乳化液壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。當(dāng)泵出液體管路壓力低于設(shè)定值時，系統(tǒng)會通過壓力傳感器對比較單元形成負(fù)反饋信號，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)行了現(xiàn)場工業(yè)性實(shí)驗。系統(tǒng)在穩(wěn)定使用時，具備自動控制、遠(yuǎn)程控制、自動配比、變頻控制、恒壓供液以及設(shè)備自動輪換控制、故障報警、故障停機(jī)、自動生成參數(shù)曲線和運(yùn)行報表等功能，并可以在上位機(jī)或泵站控制器上自由切換就地、遠(yuǎn)程、自動等控制方式，乳化液泵工作壓力保持在30.2～31.5 MPa，噴霧泵工作壓力為8.4 MPa 左右，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動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。