煤礦綜采工作面采煤機(jī)噴霧泵控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)

胡斌

摘 要：本文在現(xiàn)用噴霧泵控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增了傳感器、將現(xiàn)用三相異步電機(jī)改為變頻電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水壓自動(dòng)檢測(cè)、噴霧泵壓力自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可提高煤質(zhì)管控，有助于提高煤礦的經(jīng)濟(jì)效益和自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞：噴霧泵控制系統(tǒng)；變頻電機(jī)；自動(dòng)調(diào)節(jié)；自動(dòng)化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.079

1 煤礦綜采工作面采煤機(jī)噴霧泵控制背景

隨著煤礦綜采工作面自動(dòng)化水平的不斷提高，國(guó)內(nèi)個(gè)別煤礦采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)了快速記憶割煤、支架自動(dòng)跟機(jī)拉架、自動(dòng)收打護(hù)幫板等自動(dòng)運(yùn)行功能。但是缺乏與其他生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)之間的協(xié)同控制，因此人們意識(shí)到綜采工作面要想真正實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，還有很長(zhǎng)的路要走，必須從整個(gè)生產(chǎn)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)入手，深入研究出切實(shí)可行的技術(shù)方案。

2 煤礦綜采工作面采煤機(jī)噴霧泵噴霧控制現(xiàn)狀及問題

煤礦綜采工作面“停機(jī)停水”的方法不成熟，停采煤機(jī)電源的情況下才能停噴霧泵?，F(xiàn)在的做法是，從采煤機(jī)控制開關(guān)引出一組采煤機(jī)接觸器的常開輔助觸點(diǎn)，串入噴霧泵的控制回路，在工作面采煤機(jī)機(jī)身上通過切斷采煤機(jī)先導(dǎo)回路，斷開采煤機(jī)供電組合開關(guān)接觸器，與此同時(shí)與采煤機(jī)噴霧泵啟動(dòng)回路串聯(lián)的組合開關(guān)接觸器輔助觸點(diǎn)斷開，從而在停機(jī)的同時(shí)也將噴霧泵停止。

噴霧泵的壓力不能自動(dòng)調(diào)節(jié)。采煤機(jī)各部位的溫度會(huì)因?yàn)槠湄?fù)荷不同而不斷變化，例如采煤機(jī)在輕載情況下運(yùn)行時(shí)，其各部位溫度上升的較慢，只需要少量的冷卻水就可達(dá)到降溫的目的。

采煤機(jī)噴霧泵和架間噴霧泵都需要手動(dòng)開啟。在正常開機(jī)生產(chǎn)時(shí)，需要先開三機(jī)（破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)），如果三機(jī)被正常開啟的話，控制臺(tái)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(gè)過程需要控制臺(tái)電工迅速完成所有各項(xiàng)開機(jī)工作，有時(shí)候因?yàn)樘^著急會(huì)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(dòng)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(tái)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(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況的話會(huì)影響到設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前還需要人為手動(dòng)將系統(tǒng)水加入水箱及液箱里，這樣會(huì)因?yàn)橛袝r(shí)候作業(yè)人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)水箱水位低而沒有及時(shí)加水，而導(dǎo)致噴霧泵停止或“干吸”，影響正常生產(chǎn)和設(shè)備的安全運(yùn)行等。

3 煤礦綜采工作面采煤機(jī)噴霧泵噴霧控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)方法

綜采工作面現(xiàn)用設(shè)備中，采煤機(jī)和泵站是單獨(dú)控制，都有各自的獨(dú)立的控制系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)噴霧系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制，設(shè)計(jì)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(dòng)前泵站主控制器先檢測(cè)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(bào)警，并在低水位的情況下加水，加到高水位（90%）時(shí)加水自動(dòng)停止。在自動(dòng)模式下，當(dāng)檢測(cè)到采煤機(jī)電流大于12A（采煤機(jī)程序啟動(dòng)時(shí)未正式生產(chǎn)時(shí)的空載電流）時(shí)首先啟動(dòng)采煤機(jī)噴霧泵（采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)），并延時(shí)3秒啟動(dòng)架間噴霧泵（普通三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)），泵站主控制器根據(jù)從采煤機(jī)JOS檢測(cè)到的采煤機(jī)溫度數(shù)據(jù)對(duì)采煤機(jī)噴霧泵電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，從而達(dá)到調(diào)噴霧泵流量的目的，當(dāng)泵站主控制器檢測(cè)到采煤機(jī)電流小于12A且采煤機(jī)溫度低于設(shè)定值時(shí)，采煤機(jī)噴霧泵和架間噴霧泵同時(shí)停止。檢修模式下噴霧泵禁止自動(dòng)啟動(dòng)。噴霧泵電氣部分主回路設(shè)計(jì)原理圖如下：

（1）控制系統(tǒng)的工作過程。1）首先檢測(cè)系統(tǒng)供水水壓和水箱水位信號(hào)。2）采集電流互感器、溫度傳感器信號(hào)，將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成泵站主控制器可處理的數(shù)字信號(hào)。3）泵站主控制器根據(jù)傳感器信號(hào)及變頻器輸出的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。4）在泵站主控制器中數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算處理后，輸出控制信號(hào)，此信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻噴霧泵的控制，同時(shí)對(duì)電流、溫度檢測(cè)，對(duì)系統(tǒng)形成反饋，使整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)進(jìn)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(hào)進(jìn)行處理后，滿足自動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)（采煤機(jī)電流大于12A）后，先啟動(dòng)采煤機(jī)噴霧泵，延遲3秒后啟動(dòng)架間噴霧泵。2）根據(jù)采煤機(jī)各部位實(shí)際溫度和設(shè)定值的偏差調(diào)節(jié)采煤機(jī)噴霧泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)采煤機(jī)任意部位溫度信號(hào)都未超限時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到某一穩(wěn)定值。3）當(dāng)采煤機(jī)溫度升高超過設(shè)定值，泵站主控制器的輸出信號(hào)變大，采煤機(jī)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(jī)各部位溫度下降到設(shè)定值以下，噴霧泵轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定到設(shè)定值。4）當(dāng)泵站主控制器檢測(cè)到采煤機(jī)電流信號(hào)小于12A且采煤機(jī)各部位溫度低于程序設(shè)定值，采煤機(jī)噴霧泵及架間噴霧泵同時(shí)停止。

（3）設(shè)備選型依據(jù)分析。在進(jìn)行設(shè)備選型之前要充分分析工藝流程，對(duì)各種輸入輸出量進(jìn)行梳理，在正式選型時(shí)要將價(jià)格因素和品牌質(zhì)量等因素考慮在內(nèi)。所有設(shè)備都將應(yīng)用在煤礦綜采工作面，因此都要符合煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)，即要有防爆合格證、產(chǎn)品出廠檢驗(yàn)合格證、煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志。

1）數(shù)字量輸入信號(hào)統(tǒng)計(jì)：自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、就地停止共3個(gè)；

2）數(shù)字量輸出信號(hào)統(tǒng)計(jì)：水壓報(bào)警信號(hào)、水位報(bào)警信號(hào)、采煤機(jī)噴霧泵啟動(dòng)共3個(gè)；

3）模擬量輸入信號(hào)統(tǒng)計(jì)：采煤機(jī)總電流、左截割電機(jī)溫度、右截割電機(jī)溫度、左牽引電機(jī)溫度、右牽引電機(jī)溫度、液壓泵電機(jī)溫度、破碎機(jī)電機(jī)溫度、左變頻器溫度、右變頻器溫度、箱體溫度，共計(jì)10個(gè)；

4）模擬量輸出信號(hào)統(tǒng)計(jì)：噴霧泵變頻器的頻率控制量，共計(jì)1個(gè)。

根據(jù)價(jià)格因素、品牌質(zhì)量最終決定選取以下設(shè)備：使用現(xiàn)用的泵站控制器，只需根據(jù)實(shí)際情況增加I/O模塊。需要新增的設(shè)備有，PY206水壓力傳感器、PY201水位傳感器各一個(gè)，MM440變頻器一臺(tái)。

4 煤礦綜采工作面采煤機(jī)噴霧泵噴霧控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本文通過對(duì)煤礦綜采工作面噴霧泵控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)雖取得了階段性成果，但是基于煤礦相對(duì)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(dá)到自動(dòng)化水平還有距離，對(duì)企業(yè)信息化建設(shè)所作的貢獻(xiàn)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(shè)計(jì)需要將噴霧泵現(xiàn)用三相異步電機(jī)改為變頻電機(jī)，如果現(xiàn)用噴霧泵控制系統(tǒng)的輸入、輸出模塊的預(yù)留點(diǎn)較少，需要新增模塊和設(shè)備，進(jìn)行重新配置，增加了設(shè)備運(yùn)行成本。

技術(shù)方面，因?yàn)楸谜究刂破餍枰邮諄碜圆擅簷C(jī)監(jiān)控裝置（JOS、端頭站）的信號(hào)來控制變頻噴霧泵，此過程涉及到的信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換、程序設(shè)計(jì)、變頻器參數(shù)設(shè)置等工作專業(yè)性較強(qiáng)，需要廠家工程技術(shù)人員協(xié)助。

通過以上分析，煤礦綜采工作面采煤機(jī)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(xiàng)研究過程中應(yīng)該統(tǒng)籌考慮，做到精益求精，在改造設(shè)計(jì)過程中要考慮成本管控、安全風(fēng)險(xiǎn)等因素。

5 結(jié)語

本文在是原有系統(tǒng)上增加了新的控制功能，如采煤機(jī)噴霧泵自動(dòng)啟動(dòng)、停止功能；采煤機(jī)控制系統(tǒng)與噴霧泵控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同控制等。在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上增加了部分?jǐn)?shù)據(jù)項(xiàng)，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(cāng)庫(kù)，為以后的大數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)支撐。

通過對(duì)采煤機(jī)、泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)的挖掘、分析，將兩種獨(dú)立設(shè)備的電控系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，也是對(duì)煤礦綜采工作面現(xiàn)用設(shè)備控制系統(tǒng)的一種改進(jìn)和探索，可以在一定程度上解決“數(shù)據(jù)孤島”的問題；對(duì)減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境、推進(jìn)綜采工作面自動(dòng)化水平產(chǎn)生一定的效果。

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