乳化液泵站自动控制系统研究.doc

乳化液泵站自动控制系统研究 摘 要 为了提高井工采煤的工作效率，近年来，综采工作面采煤机工作牵引速度从传统的4-6m/min提高到了每分钟十几米甚至20m/min以上，对于如此高的工作牵引速度，与其配套的设备，液压支架的推进（或跟进）速度必须相应提高，才能充分发挥采煤机的工作能力。液压支架跟进速度的提高实质上是实现在相同时间内运行多台支架，这就需要液压支架的供液设备具备大流量供液的能力。 乳化液泵站作为液压支架的供液设备，目前，国内普遍采用一台泵供液，一台泵备用；对于高速采煤机则通过采用大流量泵供液的方式来满足液压支架的快速跟进；而对泵的启停和加载/卸载完全依靠人工经验式控制。虽然大流量泵能提供液压支架快速跟进时所需流量，但是由于井下的特殊环境，大流量泵存在占地面积大和防爆困难等问题，因此很难在煤矿井下开展工作；另外，由于没有监测系统，很容易出现各种故障，不能为支架提供良好的供液环境。 经过多方调研，在充分研究大量国内外有关文献资料的基础上，制定了多泵系统在线检测和自动控制初步方案，经过业内多名专家的广泛论证，最终确定了“乳化液泵自动控制系统”的实施方案。在控制量选取上提出利用液压系统主管路压力信号的变化反映液压支架跟进时所需乳化液流量的变化，通过采集到的主管路压力信号来调整各台泵的运行状态；在泵站的运行过程中采用优先级循环方式，避免了乳化液泵运行时间不同；同时，为了避免乳化液泵出现故障带病运行，设计故障在线监控系统，对泵站在运行过程中出现的各种故障实时报警并采取相应控制措施。在泵站的控制系统中，通过可编程控制器构成主从站集散式控制系统，整个控制系统由主站控制器进行集中控制，由各个分站进行相应的管理；主站控制器根据主管路压力的变化和当前各个从站的运行状态，由程序中设定的优先级顺序，对相应的从站控制器发送加载或卸载控制指令；从站控制器接收到控制指令后控制各自乳化液泵的启动、停止、加载、卸载以及故障监测等，然后再将当前的运行状态上传到主站控制器中。主从站均设置有人机接口，通过人机接口操作人员可以设定相关参数和查阅各个泵的运行情况。 本课题具有运行状态在线监测、智能化自动控制、故障自诊断、故障信息储存、显示、故障报警和通讯等功能，大大减少了采煤工作过程中的故障停机时间，提高了生产效率。该项目的完成，解决了煤矿井下乳化液泵站自动化控制与液压支架电液控制的配套问题，为煤矿快速大功率井下采煤设备完全自动化或自动化无人回采工作面的实现做出积极的贡献。 绪 论 随着煤矿自动化的发展以及现代信息化技术在工业生产管理中的广泛应用，使得许多传统工业与现代化设备相结合的自动控制系统得到广泛的应用，本文以煤矿井下乳化液泵站为研究对象，应用矿用隔爆型乳化液泵站自动控制箱对乳化液泵站进行控制，从而代替了传统的人工对泵站的经验控制，降低了劳动强度，提高了生产效率。 1.1课题的来源及问题的提出 乳化液泵站是煤矿井下作业的关键设备，它担负向煤矿综采工作面液压支架或普采工作面单体液压支时，支架对顶板的支撑力称为初撑力。支撑式支架的初撑力为： （kN） （2-1） 式中 －泵站工作压力，MPa； D－支架立柱的缸径，m； n－支架立柱数量。 从顶梁接触顶板至达到初撑力为支架的初撑阶段。初撑力较大能延缓顶板的下沉，因此，希望提高泵站工作压力。 图2-1支撑式液压支架工作原理 1－顶梁；2－立柱；3－运输机；4－底座； 5－推移千斤顶；6－立柱安全阀；7－液控单向阀；8、9－操纵阀 初撑阶段结束后，操纵阀移到中间阀位，由液控单向阀封闭立柱下腔。顶板下沉，立柱下腔压力和支架对顶板的支撑力都大，这是支架的增阻阶段。由于立柱安全阀的作用，立柱下腔压力和支架对顶板的支撑力都保持稳定，这是支架的恒阻阶段。顶板下沉时，安全阀溢流，立柱收缩，支架降低。支架对顶板的最大支撑力称为工作阻力，是由立柱安全阀的整定压力决定的。支撑式支架的工作阻力为： （kN） （2-2） 支架支撑力与时间的关系，用支架工作特性曲线表示如图2-5： 图2-2液压支架工作特性曲线 －初撑阶段；－增阻阶段；－恒阻阶段 增阻阶段的长短，决定于顶板下沉速度及支架初撑力对工作阻力的比值。液压支架的恒阻特性，既对支架自身有安全保护作用，又可防止因工作阻力过大而压碎顶板。液控单向阀与立柱安全阀经常组合在一起，称为控制阀。将液控单向阀打入降压阀位，高压乳化液进入立柱上腔，同时开启液控单向阀，立柱下腔回液，支架就下降。 支架和运输机的前移，都是由底座4上的推移千斤顶5来完成的。移架的动作过程为： 1、收缩主架后柱，主架前柱降压，操纵移架千斤顶使主架顶梁擦顶前移一个步距，然后撑紧主架后柱，此时，副架仍撑紧着，主架前柱前倾，主架纵拉千斤顶收缩； 2、使用同