張 斌

（山西華陽集團(tuán)寺家莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

引言

乳化液泵站是一種廣泛應(yīng)用在煤礦井下的將液壓機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能的設(shè)備，主要用于控制液壓支架、輸送機(jī)張緊裝置、排水閘閥的運(yùn)行，其工作穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到煤礦井下綜采作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。目前的乳化液泵站存在著控制邏輯落后、反應(yīng)速度慢、可靠性差等不足，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備運(yùn)行時滯后性大、執(zhí)行精度差，給煤礦井下的綜采作業(yè)帶來了較大的安全隱患。同時由于乳化液泵站的設(shè)計性能落后，也導(dǎo)致在運(yùn)行時故障率高，無法滿足運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。

結(jié)合乳化液泵站的工作原理和需求，本文提出了一種新的乳化液泵站自動控制系統(tǒng)，通過可編程控制系統(tǒng)和串行總線系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對乳化液泵站整個工作過程的在線監(jiān)測，能夠根據(jù)監(jiān)測情況自動對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，提前進(jìn)行預(yù)警和調(diào)整，確保工作過程中的控制精確性。

1 乳化液泵站自動控制系統(tǒng)

結(jié)合井下液壓支架、張緊裝置等的實(shí)際需求，本文所提出的乳化液泵站自動控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

由圖1可知，該控制系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、監(jiān)控分站和主控箱三個部分。主控箱是整個控制系統(tǒng)的“大腦”，主要用于對控制系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行集中分析、遠(yuǎn)程監(jiān)控、結(jié)果顯示等，滿足對乳化液泵站集中控制的需求，監(jiān)控分站實(shí)際上是不同的監(jiān)測模塊，用于對乳化液泵站各主要監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)監(jiān)控、自動判斷，滿足對監(jiān)控對象運(yùn)行狀態(tài)的智能判斷和調(diào)整。數(shù)據(jù)傳輸模塊主要是CAN數(shù)據(jù)總線，是系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳遞的“橋梁”，保證整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性、快速性和抗干擾性的需求。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、模塊化程度高，能夠確保對不同泵站監(jiān)測的準(zhǔn)確性需求。

圖1 乳化液泵站控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

在該系統(tǒng)中主控箱和各個監(jiān)控分站、上位機(jī)之間均通過數(shù)據(jù)總線連接，對各個模塊的運(yùn)行情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，對核心監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，通過控制終端向乳化液泵站下達(dá)控制指令，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸靈活性需求，減少通信線纜數(shù)量，系統(tǒng)中各個監(jiān)測模塊的信息均通過CAN總線傳輸，同時各個模塊也能同時接受到其他模塊的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

主控箱作為整個系統(tǒng)的核心，主要用于控制泵站的運(yùn)行，對泵站各分站的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，將監(jiān)測結(jié)果顯示在主顯示屏上，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的在線監(jiān)測和故障報警。為了確保泵站運(yùn)行時驅(qū)動電機(jī)負(fù)載的平衡分配，對各驅(qū)動電機(jī)和變頻器設(shè)置了組合式控制邏輯，能夠?qū)崿F(xiàn)對各電機(jī)順序的啟動控制，也可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對各電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的任意組合控制，滿足對運(yùn)行過程中各驅(qū)動電機(jī)的過載、過電流、漏電、缺相保護(hù)，提高工作可靠性[2]。

為了提高系統(tǒng)對乳化液泵站控制的靈活性，系統(tǒng)采用了遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種模式，在乳化液泵站的變頻控制箱上設(shè)置有操作按鈕，在就地控制模式下作業(yè)人員能夠根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況通過操作按鈕就地輸入控制指令。當(dāng)執(zhí)行遠(yuǎn)程控制模式時，系統(tǒng)會結(jié)合監(jiān)測結(jié)果，根據(jù)各電機(jī)的運(yùn)行時間、復(fù)雜狀況等自動調(diào)整各電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，靈活控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在滿足控制靈活性需求的情況下，減少泵站工作時的電能消耗，提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，該主控箱硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。

圖2 主控箱硬件結(jié)構(gòu)示意圖

3 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

為了滿足該控制系統(tǒng)控制靈活性的需求，針對其控制特點(diǎn)設(shè)置了一套專門的邏輯控制程序，運(yùn)行過程中的控制流程如圖3所示[4]。

圖3 控制系統(tǒng)控制邏輯示意圖

由該系統(tǒng)的控制邏輯可知，當(dāng)系統(tǒng)啟動時首先對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自檢，判斷通信系統(tǒng)、各傳感器設(shè)備是否正常，若系統(tǒng)出現(xiàn)異常則會將故障位置和信息直觀地顯示在監(jiān)測屏幕上。若系統(tǒng)自檢正常則控制人員將根據(jù)乳化液泵站的工作需求啟動對應(yīng)的工作模式，泵站穩(wěn)定運(yùn)行后將自動切換為自主控制模式，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控和調(diào)整。

由于煤礦井下環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重，因此為了提升數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，在控制程序中設(shè)置了指令冗余措施，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的自動濾波處理，提升數(shù)據(jù)通信的可靠性。

4 應(yīng)用效果

為了對該新乳化液泵站控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，對優(yōu)化前后的兩種運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行對比監(jiān)測，結(jié)果表明新的控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對乳化液泵站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測、故障定位和報警，系統(tǒng)具有故障自動處理程序，判定故障類別后自動進(jìn)行調(diào)整，避免了停機(jī)檢修影響井下正常的工作。優(yōu)化后系統(tǒng)對指令的反應(yīng)速度由優(yōu)化前的3.2 s降低到了目前的0.52 s，反應(yīng)靈敏性提升了83.6%，同時減少了2名泵房巡查人員，初步實(shí)現(xiàn)了井下乳化液泵站控制的無人化。