基于PLC的综采变频调速恒压供液自动控制系统研究

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【摘 要】 煤矿井下环境比较艰苦，地质条件十分复杂，这就造成了液压支架在支护的时候需要提供的供液压力波动大，这样就不可避免了损坏乳化液泵，并使电动机耗电量迅速增加。本文重点研究综采工作面液压支架恒压供液自动控制系统不仅能保证供液压力的稳定性，而且在节约电能发面也发挥着重要的作用，并能延长乳化液泵站的有限使用寿命，并能满足现代化煤炭企业对安全生产和节能的要求。

【关键词】 PLC 综采工作面 恒压供液 变频调速 自动控制

乳化液泵站是用来向综采工作面液压支架或高档普采工作面单体液压支柱输送乳化液的设备。它是液压系统的动力源，它的工作好坏直接影响着液压支架的工作性能和使用效果。我国生产的乳化泵站主要是以两泵一箱为主要配置，关于泵站的保护系统还不十分完善，存在着较多的缺陷。本文重点论述的综采工作面的恒压供液控制系统，主要是基于plc为控制核心，并较多的结合了变频调速技术设计，通过实践证明，基于PLC的综采变频调速恒压供液自动控制系统不仅可以有效地节约电能，而且减少了电动机起动时对电网的冲击和对电动机、泵的机械冲击，有效的延长了泵站的使用寿命，降低了事故率和维护量，促进了矿井的和谐发展。

1 乳化液泵站

1.1 乳化液泵站的组成

目前，我国使用的乳化液泵站是XRB和MRB型。（1）乳化液泵组：两台乳化液泵、防爆电动机、联轴器和底托架等组成。两台乳化液泵通常是一台工作，一台备用，交替使用。但当工作面液压支架动作较多，需增大供液量时，也可同时开动两台乳化液泵。（2）乳化液箱：用来储存、回收和过滤乳化液的装置。

1.2 乳化液泵站的工作原理

两台乳化液泵分别经吸液断路器从乳化液箱工作腔吸液，加压后送到压力控制装置。泵启动过程中，手动卸载阀打开，使泵与液箱短路循环；正常工作过程中，关闭手动卸载阀。当工作面支架用液时，自动卸载阀经交替阀将压力送到支架。支架回液到乳化液沉淀室，经沉淀、去泡沫、磁性过滤、网状过滤后到工作室，形成一个完整的循环回路。当工作面支架不用液时，自动卸载阀开启，使泵与液箱形成短路循环。

2 乳化液泵

2.1 乳化液泵工作原理

（1）乳化液泵一般为卧式三柱塞往复泵，它是将曲轴的转动经过连杆—滑块机构而使柱塞成直线的往复运动。（2）当电动机带动曲轴旋转时，曲轴就带动连杆运动，连杆带动滑块沿滑槽做往复直线运动，从而带动柱塞做左右往复直线运动，完成吸、排液，柱塞每往复一次，就吸排液一次，柱塞不断运动，就不断进行吸排液。

2.2 乳化液泵的流量和压力

（1）流量：就是柱塞依一次行程中所占的体积。公式：Q=V·n·Z×10-3。（2）压力：在流量基本不变的情况下，泵的压力将随着外部负载和管道摩擦阻力的大小而变化。当管道摩擦阻力一定时，外部负载愈大，泵所产生的液压力愈高。（3）流量脉动：乳化液泵柱塞的往复运动速度在曲轴转动一圈的过程中不断变化，且泵的连续流量正是由三根柱塞连续往复运动所获得流量的总和，因此泵的流量也在不断地变化，时大时小，这种现象就是流量脉动。

2.3 乳化液泵的结构

（1）箱体传动部分：包括箱体、一级齿轮减速装置、曲轴、连杆、滑块。（2）泵头部分：主要由泵头体、吸液阀、排液阀、高压缸套（缸体）和柱塞等组成。（3）泵用安全阀：安装在泵头上。由阀壳、阀芯、阀座、弹簧座、橡胶阀垫及弹簧等组成。

3 恒压供液系统硬件设计

在综采工作面一般是采用两泵一箱的配置方案，其中一台泵工作，另一台泵作为备用。考虑到使用的经济性，特制订如下的系统设计方案，运用两台变频器来分别控制两台电机，一台主电动机作为常用，一台副电动机作为备用。正常运行时，主电动机投入运行，来实现恒压供液工作。当主电动机因故障而停止工作时，则启动副电动机，从而保证可靠的供液。同理，当备用电动机出现故障时，常用电动机自动投入运行，这样就保证了系统的可靠运行。对于整个系统来说主要组成部分有主控制单元、报警及控制单元、故障、触摸屏显示单元、上位机监测单元、变频器、压力检测单元和液压泵执行单元等主要部分组成。对于故障单元来说主要是负责系统的故障状态监测，报警及控制单元主要是实现对故障状态的控制和报警，主要负责对系统管路压力信号检测的是压力检测单元，而变频器及油泵电动机则是主要实现对系统的恒压供液。触摸屏能显示系统运行的状态，并通过通信模块实现上位机组态对整个系统的有效监控。

4 基于PLC的综采变频调速恒压供液自动控制系统设计

为了防止误操作导致烧毁电动机，在调压的过程中，当压力于低设定下限压力值时，系统输出信号可以控制常闭触点A的动作，断开降压控制电路，避免电动机在正转过程中连接轴与转柄部分脱落，从而导致没法再次将压力调到所需值，这时降压按钮将处于无效状态，即使是错误操作按下该按钮电动机也不会继续转动，可以阻止压力再次下降。只有启动升压按钮才能开动电动机使其反向转动，带动连接轴将压力调到上限设定值之下，当压力高于上限设定的压力值时，智能仪表输出信号控制常闭触点动作闭合，这时降压按钮将处于有效状态，可以再次启动降压按钮来调整泵站的压力。当系统按下启动开关时，变频器运行，程序根据压力传感器反馈的压力信号，并通过PLC输出一个0-10V的电压信号给变频器，通过该电压或电流信号去控制变频器的输出功率，使电动机增速或减速，从而达到调压的目的。

5 结语

总之对于综采工作面乳化泵站来说采用基于PLC的综采变频调速恒压供液自动控制系统不仅能实现恒压供液的自动控制，而且在节约资源方面也发挥着重要的作用。同时变频器的使用，也加速了电动机的平稳运行，并减少了电动机起动时对电网的冲击，延长了泵站的有限使用寿命，降低了生产的事故率和设备的维护量，真正实现了节能、安全、高效生产，促进了煤矿的和谐发展。

参考文献：

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[4]王进军，贾新玲，范迅.放顶煤液压支架的整架强度有限元分析[J].煤矿机械，2005（3）.