綜采工作面恒壓供液控制系統的研究與應用

杜 宇

（陽泉煤業集團機電動力部， 山西 陽泉 045000）

1 綜采概述

陽泉煤業集團五礦8504 綜采工作面使用三臺淄博市博山防爆電器廠有限公司生產的BRW400/31.5 乳化液泵，電機功率為250 kW，額定工作壓力31.5 MPa，額定流量400 L/min，壓力控制方式在改造前采用卸載閥卸載方式，該方式供液的壓力波動大，穩定性差、設備損耗大，針對這些問題項目改造方案采用基于PLC 控制的變頻恒壓供液方案。該方案優化了液壓系統的控制過程，可通過閉環控制保證系統供液壓力穩定，有效提高了支架的供液質量，降低了乳化液的壓力波動，同時節約了電能，降低了能耗[1]。

2 系統設計

恒壓供液系統主要由礦用隔爆兼本安型變頻器、S7-1200 為核心的礦用隔爆兼本安型可編程序控制箱、本安型壓力傳感器、本安型流量傳感器、本安型液位傳感器等組成。系統采用一臺變頻器拖動一臺乳化泵電機，三臺泵兩用一備，若乳化液泵工作過程中由于某些原因導致故障停止工作，則備用乳化泵將自動投入運行[2]。乳化液泵站恒壓供液系統應用PID 控制理論，結合可編程控制技術、變頻控制技術、電機泵組控制技術。該系統通過安裝在供液系統總管上的遠傳壓力傳感器將實際出口壓力轉換成4～20 mA 電流信號送入S7-200 可編程序控制器，與給定的系統壓力值一起經可編程控制器內部進行PID 運算，得出變頻器的給定頻率值，經數模轉換后作為調節泵變頻器的頻率給定，進而控制乳化液泵的壓力值。可編程控制箱原理圖見圖1。

圖1 礦用可編程序控制箱簡易原理圖

系統采用多泵并聯的供液方式，工作面用液量的大小決定了投入運行的乳化液泵的數量，當用液量較小時，單臺泵變頻工作，當用液量增加，為了保證總管網的壓力恒定，乳化液泵運行頻率隨之增加，如果達到乳化液泵額定輸出功率仍無法滿足設定壓力要求時，該乳化液泵自動轉換成工頻運行狀態，系統自動啟動下一臺乳化液泵作高頻壓力調節。反之，當用液量減少，則降低乳化液泵運行頻率直至設定的下限運行頻率，如果總管網的壓力值仍大于設定值，則自動停止工頻運行泵，保留單泵作為壓力調節泵變頻運行。當單泵變頻運行至最低運行頻率壓力仍大于設定壓力時，變頻調節泵停止工作，泵組進入休眠模式，當出現壓力不滿足設定壓力時泵組將快速退出休眠模式[3]。

系統通過改造后實現了以下功能：系統可根據設定的壓力與總管網返回壓力情況自動調節泵站運行的臺數與運行頻率；按照等壽命原則，系統可根據每臺乳化液泵的運行時間實現自動輪換使用；系統睡眠與喚醒，當工作面停止用液時，系統處于睡眠狀態，直至有用液需求時自動喚醒；液箱缺液時，系統可控制完成自動配液、補水與補液；系統具備數據上傳網絡接口，可通過工業以太環網實現地面的數據監測與監控；系統除可自動控制外還保留手動功能，實現乳化液泵的單起單停[4]。系統運行見圖2。

3 現場應用

安裝完畢后首先測試泵站電機的運轉方向是否符合要求，如果不符合需重設置變頻器轉向，根據現場情況設定比例增益、積分時間常數、微分增益等參數，啟動時剛開始反饋壓力遠小于給定壓力，變頻器拖動電機勻加速到上限頻率運行，系統的反饋壓力不斷上升，給定壓力與反饋壓力的差值逐漸減小，當出現超調和壓力短暫波動后壓力恒定在設定值，變頻器的運行頻率根據工作面的用液情況實現自動調節，當一臺乳化液泵站滿足不了工作面用液時，系統將當前泵轉入工頻運行，啟動備用泵作為壓力調節泵，同樣當工作面用液減少，一臺泵的運行可以支撐設定壓力，系統還可實現自動減泵運行，運行頻率小于設定最小頻率值加1Hz，在壓力波動范圍下限之上，且無工頻運行，保持5 min 后系統可自動休眠，變頻器停止運行[5]。

4 結論

陽泉煤業集團五礦8504 綜采工作面變頻恒壓供液系統改造后半年來運行穩定可靠，供液壓力恒定，除保障了工作面的正常供液以外還取得了良好的節能效果，具有較高的推廣價值。

圖2 系統運行界面