綜采工作面智能供液系統關鍵技術研究

郭路鵬

（山西晉煤集團宏圣公司，山西 晉城 048006）

1 現場概況

岳城煤礦13091 工作面走向長度138 m，傾角2°，工作面平均采高3.8 m，共布置132 個液壓支架。乳化液泵站為兩泵一箱配置，配備兩臺無錫威順BRW400/31.5 乳化液泵（一用一備），采用人工控制和人工配比乳化液的運行方式?，F在泵站運行中存在無效工作時間長、設備加卸載頻繁、出口壓力脈動大、人工配液準確度低等缺點。為解決上述缺點，有必要開發一套乳化液泵變頻調速智能供液控制系統，系統應具備自動配液、變頻調速、恒壓供液、流量自調節、遠程控制、智能化自動控制、故障在線監測和運行參數顯示等功能，實現乳化液泵站的智能化運行。

2 主要內容

研究一套智能化泵站集控系統，使乳化液泵能夠實現變頻自動配液和恒壓供液功能，達到節能目的。

2.1 技術路線

根據項目特點，采用的技術路線如圖1。

如圖1，根據現場調研情況及礦方需求，建立系統總體架構，明確各個設備的連接關系以及相關功能，接著根據控制要求對傳感器以及變頻器進行選型，同時對智能控制、變頻恒壓供液、數據監測及報警、自動配液等控制系統原理進行設計，最后根據系統設備連接圖進行設備的安裝調試及試運行，并針對試運行過程中出現的問題進行完善。

2.2 系統設計

變頻調速智能供液控制系統的設計結構如圖2。

圖2 系統設計結構圖

如圖2，變頻調速智能供液控制系統是集控制、監測、故障報警、智能化運行于一體的網絡系統，主要包括如下四個系統。

（1）泵站系統。泵站系統配置為二泵一箱，在乳化液泵和乳化液箱內設置溫度、壓力、液位等多種傳感器，實現電機繞組和軸溫、潤滑油油溫和油位、泵輸出壓力、乳化液溫度、乳化液回液壓力等多種數據的監測[1]。

（2）變頻控制系統。系統采用組合變頻器，可實現對乳化液泵電壓、電流等電量參數的監測，具備重載軟啟動、軟停車和調速控制，同時能夠根據乳化液泵輸出壓力信號調節電機轉速實現恒壓控制。

（3）自動配液系統。自動配液系統由配液箱、控制分站組成，同時設置壓力、溫度、流量、濃度傳感器實現進水壓力、進水流量、乳化液流量等多種數據的監測，通過對乳化液濃度監測實現自動配液、自動加水/補油。

（4）集控系統。集控系統由控制主站和控制分站組成，控制器核心為PLC，通過標準4～20 ma信號采集泵站各傳感器數據，同時可通過RS485/CAN 總線/以太網方式與控制分站和變頻器進行通訊，實現數據采集和控制。

3 核心技術研究

3.1 智能配液技術

乳化液配比原理如圖3。

圖3 自動配液原理圖

如圖3，清水從工作面過濾設備進入儲水箱，增壓泵將清水增壓后，進入加水過濾器(加水過濾器過濾精度100 μm)，之后壓力穩定、清潔的中性清水進入乳化液混合器。清水在通過乳化液混合器的同時驅動葉輪，葉輪經傳動裝置帶動混合器內吸油泵轉動，吸油泵從儲油箱中吸入乳化油并與清水混合，實現乳化液配比[2]。配比后的乳化液進入與泵站連接的乳化液箱?；旌掀鞒隹诘臐舛葌鞲衅鲗崟r讀取濃度數據，通過調節智能型油流量調節閥，可根據濃度反饋信號，自動精確地調節油流量的大小，精準控制配比，保持其濃度在設定值，使配液濃度趨近于目標濃度。

當停止配液的時候，系統開始自動檢測乳化液箱內的乳化液濃度，具體過程為：循環泵將乳化液箱內的乳化液抽出，經濃度傳感器檢測后再輸回到乳化液箱，濃度傳感器檢測乳化液濃度，并與目標濃度比較。如濃度較低，則通過油流量調節閥門加大進油量，提高乳化液濃度，使其按較高濃度配液，通過高濃度乳化液濃縮低濃度乳化液，從而達到調高濃度的要求。如濃度過高，則通過油流量調節閥減少進油量，降低乳化液濃度，使其按較低濃度配液，通過低濃度乳化液稀釋高濃度乳化液，從而達到調低濃度的要求。

3.2 變頻恒壓供液技術

變頻恒壓供液原理如圖4。

圖4 恒壓供液系統的原理框圖

如圖4，在乳化泵站供液前，首先對管路恒定壓力值進行設定（一般為30～32 MPa），并通過壓力傳感器對電機泵出的乳化液壓力進行實時監測。當泵出液體管路壓力低于設定值時，系統會通過壓力傳感器對比較單元形成負反饋新號，通過控制算法將壓力差值核算頻率差值，通過變頻器提高電機運行頻率，使乳化液泵出的管道壓力值與設定值始終保持平衡[3]。

4 現場應用及結論

2019 年4 月，該系統在岳城煤礦1309 工作面進行了工業性試驗。系統在穩定使用時，具備自動控制、遠程控制、自動配比、變頻控制、恒壓供液以及設備自動輪換控制、故障報警、故障停機、自動生成參數曲線和運行報表等功能，并可以在上位機或泵站控制器上自由切換就地、遠程、自動等控制方式，系統能夠實現自動吸油和乳化液智能配比，乳化液濃度為3.9%左右，實現了乳化液泵站的智能化運行。