綜采工作面恒壓供液控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

杜 宇

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電動(dòng)力部， 山西 陽(yáng)泉 045000）

1 綜采概述

陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)五礦8504 綜采工作面使用三臺(tái)淄博市博山防爆電器廠有限公司生產(chǎn)的BRW400/31.5 乳化液泵，電機(jī)功率為250 kW，額定工作壓力31.5 MPa，額定流量400 L/min，壓力控制方式在改造前采用卸載閥卸載方式，該方式供液的壓力波動(dòng)大，穩(wěn)定性差、設(shè)備損耗大，針對(duì)這些問(wèn)題項(xiàng)目改造方案采用基于PLC 控制的變頻恒壓供液方案。該方案優(yōu)化了液壓系統(tǒng)的控制過(guò)程，可通過(guò)閉環(huán)控制保證系統(tǒng)供液壓力穩(wěn)定，有效提高了支架的供液質(zhì)量，降低了乳化液的壓力波動(dòng)，同時(shí)節(jié)約了電能，降低了能耗[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

恒壓供液系統(tǒng)主要由礦用隔爆兼本安型變頻器、S7-1200 為核心的礦用隔爆兼本安型可編程序控制箱、本安型壓力傳感器、本安型流量傳感器、本安型液位傳感器等組成。系統(tǒng)采用一臺(tái)變頻器拖動(dòng)一臺(tái)乳化泵電機(jī)，三臺(tái)泵兩用一備，若乳化液泵工作過(guò)程中由于某些原因?qū)е鹿收贤Ｖ构ぷ?，則備用乳化泵將自動(dòng)投入運(yùn)行[2]。乳化液泵站恒壓供液系統(tǒng)應(yīng)用PID 控制理論，結(jié)合可編程控制技術(shù)、變頻控制技術(shù)、電機(jī)泵組控制技術(shù)。該系統(tǒng)通過(guò)安裝在供液系統(tǒng)總管上的遠(yuǎn)傳壓力傳感器將實(shí)際出口壓力轉(zhuǎn)換成4～20 mA 電流信號(hào)送入S7-200 可編程序控制器，與給定的系統(tǒng)壓力值一起經(jīng)可編程控制器內(nèi)部進(jìn)行PID 運(yùn)算，得出變頻器的給定頻率值，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后作為調(diào)節(jié)泵變頻器的頻率給定，進(jìn)而控制乳化液泵的壓力值?？删幊炭刂葡湓韴D見圖1。

圖1 礦用可編程序控制箱簡(jiǎn)易原理圖

系統(tǒng)采用多泵并聯(lián)的供液方式，工作面用液量的大小決定了投入運(yùn)行的乳化液泵的數(shù)量，當(dāng)用液量較小時(shí)，單臺(tái)泵變頻工作，當(dāng)用液量增加，為了保證總管網(wǎng)的壓力恒定，乳化液泵運(yùn)行頻率隨之增加，如果達(dá)到乳化液泵額定輸出功率仍無(wú)法滿足設(shè)定壓力要求時(shí)，該乳化液泵自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工頻運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)下一臺(tái)乳化液泵作高頻壓力調(diào)節(jié)。反之，當(dāng)用液量減少，則降低乳化液泵運(yùn)行頻率直至設(shè)定的下限運(yùn)行頻率，如果總管網(wǎng)的壓力值仍大于設(shè)定值，則自動(dòng)停止工頻運(yùn)行泵，保留單泵作為壓力調(diào)節(jié)泵變頻運(yùn)行。當(dāng)單泵變頻運(yùn)行至最低運(yùn)行頻率壓力仍大于設(shè)定壓力時(shí)，變頻調(diào)節(jié)泵停止工作，泵組進(jìn)入休眠模式，當(dāng)出現(xiàn)壓力不滿足設(shè)定壓力時(shí)泵組將快速退出休眠模式[3]。

系統(tǒng)通過(guò)改造后實(shí)現(xiàn)了以下功能：系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的壓力與總管網(wǎng)返回壓力情況自動(dòng)調(diào)節(jié)泵站運(yùn)行的臺(tái)數(shù)與運(yùn)行頻率；按照等壽命原則，系統(tǒng)可根據(jù)每臺(tái)乳化液泵的運(yùn)行時(shí)間實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輪換使用；系統(tǒng)睡眠與喚醒，當(dāng)工作面停止用液時(shí)，系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)，直至有用液需求時(shí)自動(dòng)喚醒；液箱缺液時(shí)，系統(tǒng)可控制完成自動(dòng)配液、補(bǔ)水與補(bǔ)液；系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)接口，可通過(guò)工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)地面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與監(jiān)控；系統(tǒng)除可自動(dòng)控制外還保留手動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)乳化液泵的單起單停[4]。系統(tǒng)運(yùn)行見圖2。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

安裝完畢后首先測(cè)試泵站電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否符合要求，如果不符合需重設(shè)置變頻器轉(zhuǎn)向，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定比例增益、積分時(shí)間常數(shù)、微分增益等參數(shù)，啟動(dòng)時(shí)剛開始反饋壓力遠(yuǎn)小于給定壓力，變頻器拖動(dòng)電機(jī)勻加速到上限頻率運(yùn)行，系統(tǒng)的反饋壓力不斷上升，給定壓力與反饋壓力的差值逐漸減小，當(dāng)出現(xiàn)超調(diào)和壓力短暫波動(dòng)后壓力恒定在設(shè)定值，變頻器的運(yùn)行頻率根據(jù)工作面的用液情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)一臺(tái)乳化液泵站滿足不了工作面用液時(shí)，系統(tǒng)將當(dāng)前泵轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行，啟動(dòng)備用泵作為壓力調(diào)節(jié)泵，同樣當(dāng)工作面用液減少，一臺(tái)泵的運(yùn)行可以支撐設(shè)定壓力，系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減泵運(yùn)行，運(yùn)行頻率小于設(shè)定最小頻率值加1Hz，在壓力波動(dòng)范圍下限之上，且無(wú)工頻運(yùn)行，保持5 min 后系統(tǒng)可自動(dòng)休眠，變頻器停止運(yùn)行[5]。

4 結(jié)論

陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)五礦8504 綜采工作面變頻恒壓供液系統(tǒng)改造后半年來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，供液壓力恒定，除保障了工作面的正常供液以外還取得了良好的節(jié)能效果，具有較高的推廣價(jià)值。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行界面