乳化液泵站自動控制系統的研究

張 斌

（山西華陽集團寺家莊煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

引言

乳化液泵站是一種廣泛應用在煤礦井下的將液壓機械能轉換為液壓能的設備，主要用于控制液壓支架、輸送機張緊裝置、排水閘閥的運行，其工作穩定性和可靠性直接關系到煤礦井下綜采作業的經濟性和安全性。目前的乳化液泵站存在著控制邏輯落后、反應速度慢、可靠性差等不足，導致相關設備運行時滯后性大、執行精度差，給煤礦井下的綜采作業帶來了較大的安全隱患。同時由于乳化液泵站的設計性能落后，也導致在運行時故障率高，無法滿足運行穩定性的需求。

結合乳化液泵站的工作原理和需求，本文提出了一種新的乳化液泵站自動控制系統，通過可編程控制系統和串行總線系統來實現對乳化液泵站整個工作過程的在線監測，能夠根據監測情況自動對其運行狀態進行判斷，提前進行預警和調整，確保工作過程中的控制精確性。

1 乳化液泵站自動控制系統

結合井下液壓支架、張緊裝置等的實際需求，本文所提出的乳化液泵站自動控制系統整體結構如圖1所示[1]。

由圖1可知，該控制系統主要包括數據傳輸系統、監控分站和主控箱三個部分。主控箱是整個控制系統的“大腦”，主要用于對控制系統的監測結果進行集中分析、遠程監控、結果顯示等，滿足對乳化液泵站集中控制的需求，監控分站實際上是不同的監測模塊，用于對乳化液泵站各主要監控點進行點對點的數據監控、自動判斷，滿足對監控對象運行狀態的智能判斷和調整。數據傳輸模塊主要是CAN數據總線，是系統內數據傳遞的“橋梁”，保證整個系統中數據傳輸的精確性、快速性和抗干擾性的需求。該控制系統結構簡單、模塊化程度高，能夠確保對不同泵站監測的準確性需求。

圖1 乳化液泵站控制系統結構

2 控制系統硬件結構

在該系統中主控箱和各個監控分站、上位機之間均通過數據總線連接，對各個模塊的運行情況進行連續監測，對核心監測數據進行存儲，通過控制終端向乳化液泵站下達控制指令，為了實現數據傳輸靈活性需求，減少通信線纜數量，系統中各個監測模塊的信息均通過CAN總線傳輸，同時各個模塊也能同時接受到其他模塊的關鍵數據信息，實現數據的共享。

主控箱作為整個系統的核心，主要用于控制泵站的運行，對泵站各分站的運行情況進行檢查，將監測結果顯示在主顯示屏上，實現對整個系統的在線監測和故障報警。為了確保泵站運行時驅動電機負載的平衡分配，對各驅動電機和變頻器設置了組合式控制邏輯，能夠實現對各電機順序的啟動控制，也可以根據實際運行情況，實現對各電機運行狀態的任意組合控制，滿足對運行過程中各驅動電機的過載、過電流、漏電、缺相保護，提高工作可靠性[2]。

為了提高系統對乳化液泵站控制的靈活性，系統采用了遠程控制和就地控制兩種模式，在乳化液泵站的變頻控制箱上設置有操作按鈕，在就地控制模式下作業人員能夠根據現場實際情況通過操作按鈕就地輸入控制指令。當執行遠程控制模式時，系統會結合監測結果，根據各電機的運行時間、復雜狀況等自動調整各電機的運行狀態，靈活控制電機的轉速，在滿足控制靈活性需求的情況下，減少泵站工作時的電能消耗，提升運行經濟性，該主控箱硬件結構如圖2所示[3]。

圖2 主控箱硬件結構示意圖

3 控制系統軟件結構

為了滿足該控制系統控制靈活性的需求，針對其控制特點設置了一套專門的邏輯控制程序，運行過程中的控制流程如圖3所示[4]。

圖3 控制系統控制邏輯示意圖

由該系統的控制邏輯可知，當系統啟動時首先對系統的運行狀態進行自檢，判斷通信系統、各傳感器設備是否正常，若系統出現異常則會將故障位置和信息直觀地顯示在監測屏幕上。若系統自檢正常則控制人員將根據乳化液泵站的工作需求啟動對應的工作模式，泵站穩定運行后將自動切換為自主控制模式，實現智能監控和調整。

由于煤礦井下環境惡劣，電磁干擾嚴重，因此為了提升數據通信的質量，在控制程序中設置了指令冗余措施，實現對數據信息的自動濾波處理，提升數據通信的可靠性。

4 應用效果

為了對該新乳化液泵站控制系統的實際應用情況進行分析，對優化前后的兩種運行狀態進行對比監測，結果表明新的控制系統能夠實現對乳化液泵站運行狀態的實時監測、故障定位和報警，系統具有故障自動處理程序，判定故障類別后自動進行調整，避免了停機檢修影響井下正常的工作。優化后系統對指令的反應速度由優化前的3.2 s降低到了目前的0.52 s，反應靈敏性提升了83.6%，同時減少了2名泵房巡查人員，初步實現了井下乳化液泵站控制的無人化。