胡斌

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

關鍵詞：噴霧泵控制系統(tǒng)；變頻電機；自動調(diào)節(jié)；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(nèi)個別煤礦采煤機實現(xiàn)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(chǎn)設備的控制系統(tǒng)之間的協(xié)同控制，因此人們意識到綜采工作面要想真正實現(xiàn)全面自動化，還有很長的路要走，必須從整個生產(chǎn)流程的各個環(huán)節(jié)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(xiàn)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?，F(xiàn)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(lián)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(diào)節(jié)。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(chǎn)時，需要先開三機（破碎機、轉(zhuǎn)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(tǒng)水壓需要人為觀察，人員需手動加水。系統(tǒng)水經(jīng)移變列車上的清水過濾器，現(xiàn)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(tǒng)水壓，遇到系統(tǒng)水壓低或系統(tǒng)非正常停水的情況，工作人員不能及時發(fā)現(xiàn)異常情況的話會影響到設備的正常運轉(zhuǎn)。目前還需要人為手動將系統(tǒng)水加入水箱及液箱里，這樣會因為有時候作業(yè)人員未及時發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(tǒng)改造設計方法

綜采工作面現(xiàn)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(tǒng)，為了實現(xiàn)噴霧系統(tǒng)的精準控制，設計了新的噴霧泵控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制方式是，泵站啟動前泵站主控制器先檢測系統(tǒng)水壓、水箱水位，如果水壓低于0.5Mpa或水箱水位低于30%則發(fā)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(chǎn)時的空載電流）時首先啟動采煤機噴霧泵（采用變頻電機驅(qū)動），并延時3秒啟動架間噴霧泵（普通三相異步電機驅(qū)動），泵站主控制器根據(jù)從采煤機JOS檢測到的采煤機溫度數(shù)據(jù)對采煤機噴霧泵電機進行調(diào)速，從而達到調(diào)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(tǒng)的工作過程。1）首先檢測系統(tǒng)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(zhuǎn)換成泵站主控制器可處理的數(shù)字信號。3）泵站主控制器根據(jù)傳感器信號及變頻器輸出的頻率進行數(shù)據(jù)處理。4）在泵站主控制器中數(shù)據(jù)經(jīng)過計算處理后，輸出控制信號，此信號實現(xiàn)對變頻噴霧泵的控制，同時對電流、溫度檢測，對系統(tǒng)形成反饋，使整個系統(tǒng)循環(huán)進行。

（2）控制系統(tǒng)的控制步驟。1）系統(tǒng)通電，按照接收到的傳感器信號進行處理后，滿足自動系統(tǒng)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(jù)采煤機各部位實際溫度和設定值的偏差調(diào)節(jié)采煤機噴霧泵的轉(zhuǎn)速，當采煤機任意部位溫度信號都未超限時，轉(zhuǎn)速達到某一穩(wěn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速重新穩(wěn)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(jù)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(zhì)量等因素考慮在內(nèi)。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(chǎn)品出廠檢驗合格證、煤礦礦用產(chǎn)品安全標志。

1）數(shù)字量輸入信號統(tǒng)計：自動模式、手動模式、就地停止共3個；

2）數(shù)字量輸出信號統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)計：噴霧泵變頻器的頻率控制量，共計1個。

根據(jù)價格因素、品牌質(zhì)量最終決定選取以下設備：使用現(xiàn)用的泵站控制器，只需根據(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(chǎn)條件和特殊的地理環(huán)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(yè)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(xiàn)用三相異步電機改為變頻電機，如果現(xiàn)用噴霧泵控制系統(tǒng)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(jiān)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(zhuǎn)換、程序設計、變頻器參數(shù)設置等工作專業(yè)性較強，需要廠家工程技術人員協(xié)助。

通過以上分析，煤礦綜采工作面采煤機噴霧泵控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)與噴霧泵控制系統(tǒng)進行協(xié)同控制等。在現(xiàn)在的基礎上增加了部分數(shù)據(jù)項，這些數(shù)據(jù)可以開放接口，為其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)來源，也可以將這些數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)倉庫，為以后的大數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

通過對采煤機、泵站運行數(shù)據(jù)的挖掘、分析，將兩種獨立設備的電控系統(tǒng)進行關聯(lián)，也是對煤礦綜采工作面現(xiàn)用設備控制系統(tǒng)的一種改進和探索，可以在一定程度上解決“數(shù)據(jù)孤島”的問題；對減輕作業(yè)人員的勞動強度、改善作業(yè)環(huán)境、推進綜采工作面自動化水平產(chǎn)生一定的效果。

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