喬守全， 劉 暢

（1.晉中學(xué)院機(jī)械學(xué)院，山西 晉中 030600；2.太原科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，山西 太原 030024）

引言

液壓支架電液控制系統(tǒng)對(duì)乳化液質(zhì)量有較高的要求。在液壓支架電液控制系統(tǒng)使用過程中，液壓介質(zhì)的質(zhì)量，會(huì)直接影響系統(tǒng)運(yùn)行狀況。由于乳化液質(zhì)量下降引發(fā)的最常見的故障現(xiàn)象包括：元件表面嚴(yán)重銹蝕，乳化液泄漏，支架承載能力下降等。因此對(duì)乳化液的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)、全自動(dòng)監(jiān)控對(duì)于保證綜采工作面的安全高效生產(chǎn)具有非常重要的意義。

乳化液質(zhì)量的影響因素較多，其中包括：乳化液濃度、PH值、溫度、硬度、導(dǎo)電率、雜質(zhì)及懸浮物、穩(wěn)定性、防霉性、消泡性和緩沖性［1－2］。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于乳化液的質(zhì)量監(jiān)控多局限于某一特定指標(biāo)，在乳化液各質(zhì)量指標(biāo)中，濃度、PH值、溫度、導(dǎo)電率、硬度易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控；穩(wěn)定性、防霉性、消泡性和緩沖性屬于對(duì)乳化油和添加劑的要求，雜質(zhì)及懸浮物需要通過加強(qiáng)過濾來進(jìn)行控制。初步確定乳化液全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控功能及其實(shí)現(xiàn)方法如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)與控制方法

本文的乳化液綜合質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，將上述重要參數(shù)的監(jiān)測(cè)集成在一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)中，以提高乳化液質(zhì)量的監(jiān)控水平，從而更好地確保支架電液系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠工作。

1 系統(tǒng)組成原理

系統(tǒng)組成原理如下頁(yè)圖1所示。

系統(tǒng)由供水回路、乳化液配液箱、定量泵、步進(jìn)電機(jī)、電磁開關(guān)閥、流量計(jì)、溫度傳感器、液位傳感器、PH值傳感器、濃度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、防爆計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。經(jīng)過濾系統(tǒng)處理后的清水加壓后進(jìn)入供水回路，通過電磁開關(guān)閥1進(jìn)入乳化液箱，由流量計(jì)對(duì)其流量進(jìn)行監(jiān)控。步進(jìn)電機(jī)2與定量泵2控制乳化油的注入量實(shí)現(xiàn)乳化液的精確配比。步進(jìn)電機(jī)1和定量泵1負(fù)責(zé)為傳感器提供檢測(cè)液體，電磁開關(guān)閥2為各傳感器提供清洗液。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

2 檢測(cè)過程

系統(tǒng)開始工作后，先檢測(cè)乳化液箱液位，當(dāng)液位低于下限值時(shí)，電磁開關(guān)閥1接通，將清水注入乳化液箱中的配比器中，流量計(jì)對(duì)清水流量進(jìn)行計(jì)量，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)2工作，驅(qū)動(dòng)定量泵2將乳化油注入乳化液箱中的配比器中，主控計(jì)算機(jī)根據(jù)流量計(jì)的計(jì)數(shù)值及配比比例預(yù)置值控制步進(jìn)電機(jī)2的工作。液位處于合理區(qū)間時(shí)，關(guān)閉電磁開關(guān)閥1，步進(jìn)電機(jī)2停止工作，將電磁開關(guān)閥2接通，清水流入檢測(cè)回路，對(duì)傳感器進(jìn)行清洗，清洗完畢后關(guān)閉電磁開關(guān)閥2，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)1，驅(qū)動(dòng)定量泵1將配比好的乳化液送入檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)有參數(shù)不符合要求時(shí)，系統(tǒng)將繼續(xù)配置新的乳化液必要時(shí)重新整定配置比例，直至乳化液箱中的液體各參數(shù)合格為止［3－6］。詳細(xì)檢測(cè)程序流程見圖2。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件系統(tǒng)

圖2 檢測(cè)程序流程

硬件系統(tǒng)要兼顧測(cè)量精度、系統(tǒng)可靠性及防爆的要求。硬件系統(tǒng)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(dá)到12位，采樣頻率高達(dá)100 k Hz；PCI-1762具有16路繼電器及數(shù)字量輸出通道，可以通過編程方便地對(duì)步進(jìn)電機(jī)和電磁閥進(jìn)行控制。

為保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，針對(duì)各個(gè)硬件的精度、量程、抗干擾能力、輸出信號(hào)、靈敏度等參數(shù)加以選擇。考慮到防爆要求，計(jì)算機(jī)選擇無(wú)風(fēng)扇式工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，可以滿足防爆腔內(nèi)的苛刻散熱條件。所選硬件及其主要參數(shù)見表2。

表2 硬件選型及其主要參數(shù)

圖3 硬件系統(tǒng)組成

3.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)利用VB語(yǔ)言開發(fā)，主要功能包括：通過對(duì)數(shù)據(jù)采集卡PCI-1762的編程控制實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)啟、停、轉(zhuǎn)速控制及電磁開關(guān)閥的接通分?jǐn)嗫刂?；通過數(shù)據(jù)采集卡PCI-1710采集各傳感器信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)圖表顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)值超限報(bào)警等功能，可以通過數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳功能，還可以利用通訊的方式將乳化液箱各個(gè)傳感器的相關(guān)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(jiān)控軟件主界面

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種乳化液綜合質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對(duì)乳化液各主要影響因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)以獲得穩(wěn)定的質(zhì)量特性，從而確保支架電液系統(tǒng)的安全、可靠工作。該系統(tǒng)現(xiàn)存問題為：不同礦井條件下，自然水的硬度差別較大，現(xiàn)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(jìn)行硬度調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)更具有通用性；該系統(tǒng)與過濾系統(tǒng)各自獨(dú)立，不便于集中控制，如能將過濾系統(tǒng)的控制部分整合進(jìn)本系統(tǒng)，會(huì)使系統(tǒng)的控制效率和控制質(zhì)量進(jìn)一步提高。

［1］ 劉實(shí)現(xiàn)，朱華，王勇，等.礦用乳化液配制和濃度檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展［J］.煤礦機(jī)械，2009（2）：7-9.

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

［3］ 趙四海，王琦，劉志強(qiáng).國(guó)內(nèi)乳化液濃度檢測(cè)與自動(dòng)配比技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工礦自動(dòng)化，2012（8）：30-33.

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

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