礦用乳化液泵站智能化改造與應用

郭慧鵬

（汾西礦業集團水峪煤業， 山西 孝義 032300）

引言

礦用乳化液泵站是煤礦井下作業開展的一項重要設備，其性能會對煤礦開采安全性、產量造成直接影響。在對礦用乳化液泵站進行應用期間，為了避免浪費電能、縮短乳化液泵站壽命，要在對變頻技術進行合理應用的基礎上，實現智能化改造，更好地完成生產作業。

1 進行礦用乳化液泵站智能化改造的意義

針對礦用乳化液泵站，對其進行智能化改造的意義主要體現在以下幾個方面：

1）通過智能化方式對礦用乳化液泵站進行改造，經過改造后的電機可以軟啟動，根據實際生產需求進行供液，保證電機在運行時能夠正常輪換，通過自動方式對乳化液進行配比，確保整體配比的合理性。此外，也可以自動進行補水補液，保證生產作業順利進行，提高經濟效益[1]。

2）通過對電機運行期間可能出現的各項故障進行合理預測，采取變頻方式完成相應控制，可以在泵站不停機狀態，完成相應維護作業[2]。同時，能夠嚴格依據需求進行精準供液，從而使電機在運行過程中的功率能夠得到進一步提高，減小設備磨損，避免設備遭受嚴重破壞而無法繼續應用，延長了礦用乳化泵壽命長度。

3）大幅度減少因工作人員操作不合理而引發的各種事故，進而使供液系統在運行過程中的安全性能夠得到進一步提高，大幅度降低作業人員在實際工作開展時的勞動強度，降低生產成本。

4）經過智能化改造后的礦用乳化液泵站，設備應用壽命能夠延長一倍左右，能夠大幅度降低乳化液泵站維修費用。同時，經過智能化改造后的礦用乳化液泵站可以采取無人值守方式，只需要確保現場

附近有巡檢人員就可以，這可以減少工作人員，降低人員開銷，促進整個行業健康發展。

2 智能化改造總體設計分析

智能化改造礦用乳化液泵站在配置上采用三泵兩箱方式，其中三泵指的是主泵、副泵、備用泵，而兩箱指的是乳化液箱組和變頻器控制箱。同時，還內置了流量傳感器、壓力傳感器等不同類型的傳感器，以及水壓調節閥、壓力開關閥等各種不同類型的液壓閥，分別用于對設備的運行狀態，以及相應系統控制指令的精準、全面采集[3]。泵站采用主從方式進行控制，PLC 主站在運行過程中，能夠對采集到的傳感器信息進行全面處理，完成分析之后，將各個指令都實時返送到各個分站，經過智能化改造后的礦用乳化液泵站，能夠在對變頻技術進行應用的基礎上，實現電機軟啟動，依據生產需求進行供液，通過自動方式完成相應補水作業，實現輸出過載、欠壓、過壓、短路等多項保護。

3 礦用乳化液泵站關鍵部件選型與改造

3.1 礦用乳化液泵站的改造

采用臥式三柱塞往復泵，經過改造后的礦用乳化液泵站主要結構由電源、電機、變頻器、單向閥、乳化液泵、蓄能器、壓力傳感器等多項結構。在具體改造期間，為了實現乳化泵按照實際需求進行供液，通過對變頻器進行應用取代真空電磁啟動器，將結構中的載閥卸除，加設壓力傳感器[4]。與此同時，要在液壓油箱中安裝油液位傳感器和溫度傳感器，通過對安裝的傳感器進行應用，對泵站在運行過程中潤滑油的溫度和油位進行全面檢測，對檢測結果進行相應調整，一旦發生無油或者潤滑油過熱情況，要自動報警，避免發生燒泵現象，在出現問題后，能夠精準、及時地顯示故障情況，并且要停機。

3.2 改造乳化液箱

采用RX400/20 乳化液箱，并且配套了1 臺齒輪泵。箱體下部為乳化油箱用來存儲乳化油，箱體上部為乳化液配比箱，為了使乳化液箱在具體應用過程中具備自動補水補液和自動配比功能，在配比箱內安裝了進水過濾器、進水電磁法、流量和液位傳感器等各種裝置，從而滿足應用需求。

3.3 選擇變頻器

為了確保變頻器性能良好能夠滿足應用需求，變頻箱內要設置兩路輸出電源，其中一路為主變頻電源，另一路則為備用電源。對于變頻器的控制系統來說，要采用性能先進的系統。主變頻器側箱位電抗器箱，其主要由濾波器、電抗器等結構構成，其在具體應用過程中主要作用就是消除作業開展期間產生的高次諧波。

4 設計智能控制系統

4.1 設計變頻器控制回路

在實際生產作業期間，為了最大程度降低設備在生產過程中的成本，延長設備壽命，在具體設計過程中，采取1 臺變頻器控制3 臺電機方式完成相應控制，通過該設計方式，能夠完成對乳化液的軟啟動，同時，也能夠嚴格依據需求進行控制。變頻器控制器的3 路回路或工頻回路分別對整個系統中3 臺電機運行情況進行控制，進而確保每臺電機都能夠在工頻回路或變頻回路控制方式下運行，確保整個控制系統的合理性。

4.2 調空電機輪換調度的合理措施

依據主管壓力、電機運行作業具體時長、起停次數等各項內容作為模型進行輸入，依據電機剩余無故障時間作為模型輸出，采用模型進行訓練、測試，完成相應驗證，在此基礎上構件一個BP 神經網絡故障預測模型，通過對該模型進行應用，完成相應分析工作。在具體工作期間，乳化液泵站可以采用主泵、備用泵、副泵三種泵輪換工作，根據PLC 動態采集電機在運行時的具體時長、泵站運行過程中的溫度，以及啟停次數、主管壓力等各項內容，完成上述作業后，再對電機運行期間的具體故障情況進行預測。

系統在運行期間若發現電機可能會出現故障，要提前進行報警，同時，要利用PLC 發送指令給出相應組合開關，對3 臺泵的具體模式進行適當調整，調整即將發生故障的泵，將其轉變為備用泵，對其進行檢修，從而使泵性能得以恢復，滿足生產需求。在確保礦業生產作業不受影響的基礎上，延長乳化液泵壽命，使其能夠滿足生產應用需求。

4.3 變頻供液控制系統

變頻供液控制系統在具體運行過程中的原理就是對壓力傳感器進行應用，對供液管路上的壓力值數據進行精準采集，在與壓力設定數值進行對比后，將差值輸入到PLC 中，采用的PLC 依據計算結果發出相應控制指令，將指令傳輸給變頻器，通過對變頻器的應用，完成對電機轉速的有效控制，最終完成對乳化泵輸出流量和壓力的調節，整個調節作業都通過自動方式實現，變頻供液控制原理如圖1 所示。

圖1 變頻供液控制原理

在井下作業面注液時，主泵變頻啟動，同時要穩定運行，不注液時，主泵則應當自動停止，避免發生不合理運行，引發事故。主泵在運行期間，依據作業面注液量對電機的具體旋轉速度進行適當調整，避免工頻啟動后形成沖擊電流，將主泵由變頻切換轉變為工頻運行，然后將第二臺泵變頻軟啟動，同時保持穩定運行。在流量供大于求狀況下，要對變頻器進行調整，事先下調頻率，經過調整，若下調到下限頻率之后，該數值仍然高于壓力設定值，應當采取先開先停策略進行控制，讓主泵停止運行，然后單獨利用副泵利用變頻方式完成相應控制，從而依據需求進行供液。

4.4 同步切換控制原理

對礦用乳化液泵子電機工作模式進行切換時，切換方式和切換時間不合理勢必會出現跳閘、電流沖擊等各種不良現象針對上述問題，要采取同步切換方式規避上述各種不良事故的發生。此外，為了避免工頻回路和變頻回路發生短路現象，要在變頻回路接入接觸器和電抗器。線路中接入的電抗器起到的關鍵作用就是消除高次諧波，確保在進行變頻切換和工頻切換時不會發生斷電問題。

5 結語

礦用乳化液泵站能夠同時為掘進設備和液壓設備提供動力支持，為了充分發揮礦用乳化液泵站的作用，要對其進行智能化改造，同時，為了確保智能化改造的合理性，要加強對相應技術的探究，完成相應改造。