乳化液綜合質量監控系統研制

喬守全， 劉 暢

（1.晉中學院機械學院，山西 晉中 030600；2.太原科技大學機械學院，山西 太原 030024）

引言

液壓支架電液控制系統對乳化液質量有較高的要求。在液壓支架電液控制系統使用過程中，液壓介質的質量，會直接影響系統運行狀況。由于乳化液質量下降引發的最常見的故障現象包括：元件表面嚴重銹蝕，乳化液泄漏，支架承載能力下降等。因此對乳化液的關鍵指標進行實時、全自動監控對于保證綜采工作面的安全高效生產具有非常重要的意義。

乳化液質量的影響因素較多，其中包括：乳化液濃度、PH值、溫度、硬度、導電率、雜質及懸浮物、穩定性、防霉性、消泡性和緩沖性［1－2］。

目前，國內對于乳化液的質量監控多局限于某一特定指標，在乳化液各質量指標中，濃度、PH值、溫度、導電率、硬度易于實現自動監控；穩定性、防霉性、消泡性和緩沖性屬于對乳化油和添加劑的要求，雜質及懸浮物需要通過加強過濾來進行控制。初步確定乳化液全自動監控系統應當實現的監控功能及其實現方法如表1所示。

表1 監測與控制方法

本文的乳化液綜合質量監控系統，將上述重要參數的監測集成在一個獨立系統中，以提高乳化液質量的監控水平，從而更好地確保支架電液系統的長期可靠工作。

1 系統組成原理

系統組成原理如下頁圖1所示。

系統由供水回路、乳化液配液箱、定量泵、步進電機、電磁開關閥、流量計、溫度傳感器、液位傳感器、PH值傳感器、濃度傳感器、電導率傳感器、數據采集卡、防爆計算機等構成。經過濾系統處理后的清水加壓后進入供水回路，通過電磁開關閥1進入乳化液箱，由流量計對其流量進行監控。步進電機2與定量泵2控制乳化油的注入量實現乳化液的精確配比。步進電機1和定量泵1負責為傳感器提供檢測液體，電磁開關閥2為各傳感器提供清洗液。

圖1 系統結構原理圖

2 檢測過程

系統開始工作后，先檢測乳化液箱液位，當液位低于下限值時，電磁開關閥1接通，將清水注入乳化液箱中的配比器中，流量計對清水流量進行計量，同時步進電機2工作，驅動定量泵2將乳化油注入乳化液箱中的配比器中，主控計算機根據流量計的計數值及配比比例預置值控制步進電機2的工作。液位處于合理區間時，關閉電磁開關閥1，步進電機2停止工作，將電磁開關閥2接通，清水流入檢測回路，對傳感器進行清洗，清洗完畢后關閉電磁開關閥2，啟動步進電機1，驅動定量泵1將配比好的乳化液送入檢測系統進行測試，當有參數不符合要求時，系統將繼續配置新的乳化液必要時重新整定配置比例，直至乳化液箱中的液體各參數合格為止［3－6］。詳細檢測程序流程見圖2。

3 系統實現

3.1 硬件系統

圖2 檢測程序流程

硬件系統要兼顧測量精度、系統可靠性及防爆的要求。硬件系統組成如圖3所示。其中，PCI-1710具有8路差分模擬量輸入，采樣精度可以達到12位，采樣頻率高達100 k Hz；PCI-1762具有16路繼電器及數字量輸出通道，可以通過編程方便地對步進電機和電磁閥進行控制。

為保證測試的準確性，針對各個硬件的精度、量程、抗干擾能力、輸出信號、靈敏度等參數加以選擇。考慮到防爆要求，計算機選擇無風扇式工業控制計算機，可以滿足防爆腔內的苛刻散熱條件。所選硬件及其主要參數見表2。

表2 硬件選型及其主要參數

圖3 硬件系統組成

3.2 軟件系統

軟件系統利用VB語言開發，主要功能包括：通過對數據采集卡PCI-1762的編程控制實現步進電機啟、停、轉速控制及電磁開關閥的接通分斷控制；通過數據采集卡PCI-1710采集各傳感器信號，并實現實時數據處理、數據圖表顯示、數據存儲、數值超限報警等功能，可以通過數據接口實現數據上傳功能，還可以利用通訊的方式將乳化液箱各個傳感器的相關信息傳送至泵站控制器作為形成控制策略的參考信息。軟件主控界面見圖4。

圖4 監控軟件主界面

4 結語

本文提出了一種乳化液綜合質量監控系統，該系統通過對乳化液各主要影響因素進行監測，并對重要參數進行實時調節以獲得穩定的質量特性，從而確保支架電液系統的安全、可靠工作。該系統現存問題為：不同礦井條件下，自然水的硬度差別較大，現有方案通過更改乳化油的方式獲得理想的硬度值，如能找到一種合適的軟化劑，通過更改投入劑量進行硬度調節可使系統更具有通用性；該系統與過濾系統各自獨立，不便于集中控制，如能將過濾系統的控制部分整合進本系統，會使系統的控制效率和控制質量進一步提高。

［1］ 劉實現，朱華，王勇，等.礦用乳化液配制和濃度檢測技術的進展［J］.煤礦機械，2009（2）：7-9.

［2］ 趙四海，李文昌，李明.采用檢測光學混濁度確定乳化液濃度方法的研究［J］.煤炭學報，2011（1）：157-160.

［3］ 趙四海，王琦，劉志強.國內乳化液濃度檢測與自動配比技術研究進展［J］.工礦自動化，2012（8）：30-33.

［4］ 姬翠翠，朱華，江煒.礦用乳化液濃度自動檢測與配比技術比較研究［J］.煤炭科學技術，2007（11）：17-21.

［5］ 張勇，閆相宏.礦用乳化液自動配比系統［J］.礦山機械，2005（6）：19-21.

［6］ 中國煤炭工業協會.MT76-2002液壓支架（柱）用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液［S］.北京：中國標準出版社，2002.