煤礦綜采工作面采煤機噴霧泵控制系統的自動化改造設計

胡斌

摘 要：本文在現用噴霧泵控制系統的基礎上新增了傳感器、將現用三相異步電機改為變頻電機，可以實現系統水壓自動檢測、噴霧泵壓力自動調節等功能。目的是減少井下作業人員，降低工人勞動強度，同時也可提高煤質管控，有助于提高煤礦的經濟效益和自動化水平。

關鍵詞：噴霧泵控制系統；變頻電機；自動調節；自動化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.079

1 煤礦綜采工作面采煤機噴霧泵控制背景

隨著煤礦綜采工作面自動化水平的不斷提高，國內個別煤礦采煤機實現了快速記憶割煤、支架自動跟機拉架、自動收打護幫板等自動運行功能。但是缺乏與其他生產設備的控制系統之間的協同控制，因此人們意識到綜采工作面要想真正實現全面自動化，還有很長的路要走，必須從整個生產流程的各個環節入手，深入研究出切實可行的技術方案。

2 煤礦綜采工作面采煤機噴霧泵噴霧控制現狀及問題

煤礦綜采工作面“停機停水”的方法不成熟，停采煤機電源的情況下才能停噴霧泵。現在的做法是，從采煤機控制開關引出一組采煤機接觸器的常開輔助觸點，串入噴霧泵的控制回路，在工作面采煤機機身上通過切斷采煤機先導回路，斷開采煤機供電組合開關接觸器，與此同時與采煤機噴霧泵啟動回路串聯的組合開關接觸器輔助觸點斷開，從而在停機的同時也將噴霧泵停止。

噴霧泵的壓力不能自動調節。采煤機各部位的溫度會因為其負荷不同而不斷變化，例如采煤機在輕載情況下運行時，其各部位溫度上升的較慢，只需要少量的冷卻水就可達到降溫的目的。

采煤機噴霧泵和架間噴霧泵都需要手動開啟。在正常開機生產時，需要先開三機（破碎機、轉載機、運輸機），如果三機被正常開啟的話，控制臺電工迅速到泵站控制箱處開啟乳化液泵、噴霧泵，并且打開水箱和乳化液箱的加水截止閥 ，給水箱和乳化液箱加水，整個過程需要控制臺電工迅速完成所有各項開機工作，有時候因為太過著急會帶來一些不必要的麻煩。

系統水壓需要人為觀察，人員需手動加水。系統水經移變列車上的清水過濾器，現在是在清水過濾器上安裝一塊水壓表，一般是由控制臺電工不定期觀察系統水壓，遇到系統水壓低或系統非正常停水的情況，工作人員不能及時發現異常情況的話會影響到設備的正常運轉。目前還需要人為手動將系統水加入水箱及液箱里，這樣會因為有時候作業人員未及時發現水箱水位低而沒有及時加水，而導致噴霧泵停止或“干吸”，影響正常生產和設備的安全運行等。

3 煤礦綜采工作面采煤機噴霧泵噴霧控制系統改造設計方法

綜采工作面現用設備中，采煤機和泵站是單獨控制，都有各自的獨立的控制系統，為了實現噴霧系統的精準控制，設計了新的噴霧泵控制系統。該系統的控制方式是，泵站啟動前泵站主控制器先檢測系統水壓、水箱水位，如果水壓低于0.5Mpa或水箱水位低于30%則發出報警，并在低水位的情況下加水，加到高水位（90%）時加水自動停止。在自動模式下，當檢測到采煤機電流大于12A（采煤機程序啟動時未正式生產時的空載電流）時首先啟動采煤機噴霧泵（采用變頻電機驅動），并延時3秒啟動架間噴霧泵（普通三相異步電機驅動），泵站主控制器根據從采煤機JOS檢測到的采煤機溫度數據對采煤機噴霧泵電機進行調速，從而達到調噴霧泵流量的目的，當泵站主控制器檢測到采煤機電流小于12A且采煤機溫度低于設定值時，采煤機噴霧泵和架間噴霧泵同時停止。檢修模式下噴霧泵禁止自動啟動。噴霧泵電氣部分主回路設計原理圖如下：

（1）控制系統的工作過程。1）首先檢測系統供水水壓和水箱水位信號。2）采集電流互感器、溫度傳感器信號，將該信號轉換成泵站主控制器可處理的數字信號。3）泵站主控制器根據傳感器信號及變頻器輸出的頻率進行數據處理。4）在泵站主控制器中數據經過計算處理后，輸出控制信號，此信號實現對變頻噴霧泵的控制，同時對電流、溫度檢測，對系統形成反饋，使整個系統循環進行。

（2）控制系統的控制步驟。1）系統通電，按照接收到的傳感器信號進行處理后，滿足自動系統啟動信號（采煤機電流大于12A）后，先啟動采煤機噴霧泵，延遲3秒后啟動架間噴霧泵。2）根據采煤機各部位實際溫度和設定值的偏差調節采煤機噴霧泵的轉速，當采煤機任意部位溫度信號都未超限時，轉速達到某一穩定值。3）當采煤機溫度升高超過設定值，泵站主控制器的輸出信號變大，采煤機噴霧泵變頻器的輸出頻率變大，噴霧泵轉速變大，供水量增加，采煤機各部位溫度下降到設定值以下，噴霧泵轉速重新穩定到設定值。4）當泵站主控制器檢測到采煤機電流信號小于12A且采煤機各部位溫度低于程序設定值，采煤機噴霧泵及架間噴霧泵同時停止。

（3）設備選型依據分析。在進行設備選型之前要充分分析工藝流程，對各種輸入輸出量進行梳理，在正式選型時要將價格因素和品牌質量等因素考慮在內。所有設備都將應用在煤礦綜采工作面，因此都要符合煤礦安全標準，即要有防爆合格證、產品出廠檢驗合格證、煤礦礦用產品安全標志。

1）數字量輸入信號統計：自動模式、手動模式、就地停止共3個；

2）數字量輸出信號統計：水壓報警信號、水位報警信號、采煤機噴霧泵啟動共3個；

3）模擬量輸入信號統計：采煤機總電流、左截割電機溫度、右截割電機溫度、左牽引電機溫度、右牽引電機溫度、液壓泵電機溫度、破碎機電機溫度、左變頻器溫度、右變頻器溫度、箱體溫度，共計10個；

4）模擬量輸出信號統計：噴霧泵變頻器的頻率控制量，共計1個。

根據價格因素、品牌質量最終決定選取以下設備：使用現用的泵站控制器，只需根據實際情況增加I/O模塊。需要新增的設備有，PY206水壓力傳感器、PY201水位傳感器各一個，MM440變頻器一臺。

4 煤礦綜采工作面采煤機噴霧泵噴霧控制系統改造設計難點

本文通過對煤礦綜采工作面噴霧泵控制系統的研究與設計雖取得了階段性成果，但是基于煤礦相對落后的生產條件和特殊的地理環境等因素的制約，距離煤礦達到自動化水平還有距離，對企業信息化建設所作的貢獻也極為有限。除此之外，目前在研究過程中還存在以下問題：

成本方面，本設計需要將噴霧泵現用三相異步電機改為變頻電機，如果現用噴霧泵控制系統的輸入、輸出模塊的預留點較少，需要新增模塊和設備，進行重新配置，增加了設備運行成本。

技術方面，因為泵站控制器需要接收來自采煤機監控裝置（JOS、端頭站）的信號來控制變頻噴霧泵，此過程涉及到的信號采集、轉換、程序設計、變頻器參數設置等工作專業性較強，需要廠家工程技術人員協助。

通過以上分析，煤礦綜采工作面采煤機噴霧泵控制系統的研究還不太成熟，還有大量工作要做，因此在做此項研究過程中應該統籌考慮，做到精益求精，在改造設計過程中要考慮成本管控、安全風險等因素。

5 結語

本文在是原有系統上增加了新的控制功能，如采煤機噴霧泵自動啟動、停止功能；采煤機控制系統與噴霧泵控制系統進行協同控制等。在現在的基礎上增加了部分數據項，這些數據可以開放接口，為其他系統提供數據來源，也可以將這些數據存入數據倉庫，為以后的大數據分析提供數據支撐。

通過對采煤機、泵站運行數據的挖掘、分析，將兩種獨立設備的電控系統進行關聯，也是對煤礦綜采工作面現用設備控制系統的一種改進和探索，可以在一定程度上解決“數據孤島”的問題；對減輕作業人員的勞動強度、改善作業環境、推進綜采工作面自動化水平產生一定的效果。

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