CN112412765A - 一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乳化液泵站控制系统，具体涉及一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，包括电性连接的压力自动控制系统、乳化液自动配比系统、远程数据传输系统、数据监测和故障诊断系统四个部分，其中：压力自动控制系统，将系统所设压力与压力传感器的值进行比较；乳化液自动配比系统，利用乳化液浓度来控制清水电磁阀和乳化油电磁阀的大小；远程数据传输系统，具备数据传输功能，该系统解决了人工投入大、乳化液配比精度低、泵站压力输出不稳、生产成本高等一系列问题，同时该系统具有保护和监测功能，并且稳定可靠，对于实现智能化矿山和煤矿安全生产具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种乳化液泵站控制系统，具体涉及一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统。
背景技术
随着技术的发展，煤矿的开采以及矿用设备都采用液压技术，尤其是采煤工作面的液压支架，而乳化液泵站是液压支架的动力源，其工况的优劣直接影响煤矿正常生产和安全。
为了环保生产，在现有技术的基础上采用乳化液来代替液压油，乳化液浓度指标要求控制在3%-5%，浓度偏高就会增大开采成本，浓度较低会增加支架的腐蚀速度，减少支架的使用寿命，目前乳化液的配比和监测都是靠人工操作，不仅人工投入高、安全系数低、效率低，而且乳化液配比浓度较难控制。另外，防止乳化液从液箱中溢出或被吸空，给工作面安全造成重大隐患，往往需要专人值守。由于传统的乳化液泵站离心泵控制通常采用定速运行，采用泄压阀的机械结构实现泵站压力的稳定，这样不仅容易损坏泄压阀，而且在乳化液离心泵运行时，由于电机定速运行以及泄压阀的工作，容易造成压力波动较大，电能浪费严重，生产成本增加。即使采用传统的变频器来驱动乳化液泵，现场工作人员只能根据输出压力来调节变频器输出速度，对于现场压力波动抗干扰能力差，人工投入大。另外由于输出转速较大，也容易造成变频器输出电流不稳从而容易损坏变频器内部元件，造成系统故障率高、影响正常生产效率等问题。
针对现有的矿用乳化液泵站存在的问题，设计一种无需人工值守的、能够自动精准配比乳化液浓度，并且完全实现压力自动调节的智能乳化液泵站控制系统，不仅是保障煤矿安全生产、提高安全生产系数、减少生产成本的重要需求，而且对于减少人工投入实现智能化矿山具有重要的意义。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，该系统解决了人工投入大、乳化液配比精度低、泵站压力输出不稳、生产成本高等一系列问题，同时该系统具有保护和监测功能，并且稳定可靠，对于实现智能化矿山和煤矿安全生产具有重要意义。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出了一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，包括：
包括电性连接的压力自动控制系统、乳化液自动配比系统、远程数据传输系统、数据监测和故障诊断系统四个部分，其中：
压力自动控制系统，将系统所设压力与压力传感器的值进行比较；
乳化液自动配比系统，利用乳化液浓度来控制清水电磁阀和乳化油电磁阀的大小；
远程数据传输系统，具备数据传输功能，通过井下环网能够将乳化液泵站无人智能控制系统的运行信息和运行实时画面传送至地面值班，供值班人员观测泵站系统运行情况；
数据监测和故障诊断系统，对各个传感器的数据采集和处理，根据传感器的数据进行故障诊断和自恢复。
优选的，所述压力自动控制系统包括控制单元、变频驱动单元、泵站电机、备用泵站电机、清水泵电机、曲轴箱温度计、曲轴箱油压机械表、管路压力机械表、曲轴箱油位油温传感器、乳化液温度传感器、管路压力传感器、备用管路压力传感器、乳化液供液压力传感器、输出电磁阀A、输出电磁阀B、清水泵输出电磁阀和清水压力传感器；控制单元与变频驱动单元电气连接，并且温度传感器、曲轴箱油位油温传感器、管路压力传感器、乳化液供液压力传感器、备用管路压力传感器、清水压力传感器与控制单元电气连接，变频驱动单元与泵站电机、泵站电机、清水泵电机之间动力电缆连接；泵站电机所述的曲轴箱温度计、曲轴箱油压机械表、管路压力机械表、曲轴箱油位油温传感器、乳化液温度传感器安装于备用泵、清水泵；备用泵站电机、备用泵站电机与曲轴箱之间采用机械连接；控制单元通过电气连接控制输出电磁阀、输出电磁阀、清水泵输出电磁阀的打开与关闭。
优选的，包括乳化油箱、抽油泵、清水箱、清水泵、清水进水电磁阀、清水伺服电磁阀、乳化油伺服电磁阀、乳化油流量传感器、清水流量传感器、乳化液箱以及安装在乳化液箱底部的液位传感器、浓度传感器、高液位传感器、乳化液增压泵、乳化液电磁阀、回流乳化液箱以及回流乳化液控制电磁阀；乳化油箱与抽油泵、乳化油伺服电磁阀、乳化液箱之间通过管路连接，并在管路上安装乳化油流量传感器，用于检测乳化油进液量；
低液位传感器安装在乳化液箱底部，高液位传感器安装在乳化液箱顶部，乳化液浓度传感器安装在乳化液出口处，用于检测乳化液箱内部的乳化液浓度；清水箱与清水泵、清水伺服电磁阀与乳化液箱之间通过管路连接，并在管路上安装清水流量传感器，用于检测清水的进水量；回液乳化液箱、回流乳化液控制电磁阀与乳化液箱之间通过管路连接；所述的抽油泵、清水泵、增压泵与控制驱动系统通过动力电缆相连，所述清水进水电磁阀、清水伺服电磁阀、乳化油伺服电磁阀、回流乳化液控制电磁阀通过电信号与控制驱动系统相连，清水流量传感器、乳化液流量传感器、低液位传感器、高液位传感器、浓度传感器通过电信号与控制驱动系统相连。
优选的，所述智能控制系统还包括集控室、图像采集系统，所述集控室与压力自动控制系统通过网线通道连接，所述图像采集系统与集控室通过网线通道连接。
优选的，所述智能控制系统还包括报警器，所述报警器连接于数据监测和故障诊断系统输出端。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
1、减少矿用乳化液泵站人工投入，可实现无人化智能控制，适用于智能化矿山生产，具有较强实用性。
2、自动监测和配比乳化液浓度，保证乳化液浓度精度，减少人工投入，保证液箱液位，防止乳化液吸空对采煤面安全造成影响。
3、压力自动调节，变频器可根据泵站压力自动调节，节约生产成本，保证输出压力稳定，抗干扰能力强。
4、该系统具备故障自诊断和自恢复功能，提高安全生产性能，提高生产效率，保证系统稳定与正常运行。
5、系统集成化程度高，控制系统和动力系统集成在一个箱体内，节约空间方便维护和操作。
6、该系统具备远程数据传输功能，能够将系统的运行数据和实时画面传送至集控室，方便值班人员监控系统和现场运行情况。
附图说明
图1为矿用乳化液泵站无人智能控制系统拓扑结构图；
图2为矿用乳化液泵站无人智能控制系统工作原理图；
图3为乳化液自动配比系统结构图；
图4为压力自动控制系统结构图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
参考图1-4，本发明提出的一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统的方案如下：
一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，包括电性连接的压力自动控制系统、乳化液自动配比系统、远程数据传输系统、数据监测和故障诊断系统四个部分，其中：
压力自动控制系统，将系统所设压力与压力传感器的值进行比较；
乳化液自动配比系统，利用乳化液浓度来控制清水电磁阀和乳化油电磁阀的大小；
远程数据传输系统，具备数据传输功能，通过井下环网能够将乳化液泵站无人智能控制系统的运行信息和运行实时画面传送至地面值班，供值班人员观测泵站系统运行情况；
数据监测和故障诊断系统，对各个传感器的数据采集和处理，根据传感器的数据进行故障诊断和自恢复。
所述压力自动控制系统包括控制单元17、变频驱动单元18、泵站电机19、备用泵站电机35、清水泵电机20、曲轴箱温度计21、曲轴箱油压机械表22、管路压力机械表23、曲轴箱油位油温传感器24、乳化液温度传感器33、管路压力传感器26、备用管路压力传感器29、乳化液供液压力传感器27、输出电磁阀A25、输出电磁阀B28、清水泵输出电磁阀31和清水压力传感器32；控制单元17与变频驱动单元18电气连接，并且温度传感器33、曲轴箱油位油温传感器24、管路压力传感器26、乳化液供液压力传感器27、备用管路压力传感器29、清水压力传感器32与控制单元17电气连接，变频驱动单元18与泵站电机35、泵站电机20、清水泵电机21之间动力电缆连接；泵站电机所述的曲轴箱温度计21、曲轴箱油压机械表22、管路压力机械表23、曲轴箱油位油温传感器24、乳化液温度传感器33安装于备用泵、清水泵；备用泵站电机35、备用泵站电机20与曲轴箱之间采用机械连接；控制单元17通过电气连接控制输出电磁阀25、输出电磁阀28、清水泵输出电磁阀31的打开与关闭。
包括乳化油箱1、抽油泵2、清水箱15、清水泵3、清水进水电磁阀16、清水伺服电磁阀4、乳化油伺服电磁阀5、乳化油流量传感器6、清水流量传感器7、乳化液箱以及安装在乳化液箱底部的液位传感器8、浓度传感器9、高液位传感器12、乳化液增压泵11、乳化液电磁阀10、回流乳化液箱14以及回流乳化液控制电磁阀13；乳化油箱1与抽油泵2、乳化油伺服电磁阀5、乳化液箱之间通过管路连接，并在管路上安装乳化油流量传感器6，用于检测乳化油进液量；
低液位传感器8安装在乳化液箱底部，高液位传感器12安装在乳化液箱顶部，乳化液浓度传感器9安装在乳化液出口处，用于检测乳化液箱内部的乳化液浓度；清水进水控制电磁阀16控制清水管路，清水经过过滤装置进入清水箱15，清水箱15与清水泵3、清水伺服电磁阀4与乳化液箱之间通过管路连接，并在管路上安装清水流量传感器7，用于检测清水的进水量；回液乳化液经过过滤装置进入乳化液箱，回液乳化液箱14、回流乳化液控制电磁阀13与乳化液箱之间通过管路连接；所述的抽油泵2、清水泵3、增压泵11与控制驱动系统通过动力电缆相连，控制驱动系统控制其启动和停止，所述清水进水电磁阀16、清水伺服电磁阀4、乳化油伺服电磁阀5、回流乳化液控制电磁阀13通过电信号与控制驱动系统相连，清水流量传感器7、乳化液流量传感器6、低液位传感器8、高液位传感器12、浓度传感器9通过电信号与控制驱动系统相连。
所述智能控制系统还包括集控室、图像采集系统，所述集控室与压力自动控制系统通过网线通道连接，所述图像采集系统与集控室通过网线通道连接。
所述智能控制系统还包括报警器，所述报警器连接于数据监测和故障诊断系统输出端。
本发明所述乳化液自动配比系统在工作中，通过低液位传感器8、高液位传感器12实时对当前液位进行检测，当液位过到设定加液位置时，清水泵3和抽油泵2同时开启，同时开启清水伺服电磁阀4、乳化油伺服电磁阀5分别将水和乳化油混合注入乳化液箱。在乳化液箱出液口装有乳化液浓度传感器9，对乳化液浓度进行在线检测，当乳化液浓度高于设定值时乳化油伺服电磁阀5关小、清水伺服电磁阀4开大，当乳化液浓度低于设定值时乳化油伺服电磁阀5开大、清水伺服电磁阀4关小，使浓度总保持在设定值，并通过清水流量传感器7和乳化油流量传感器6估计乳化液箱浓度，双重保护乳化液浓度精度。当乳化液液箱液位达到满液位置时，高液位传感器12给出信号，配液系统关闭，停止配液，当因进水管道故障或其他原因造成乳化液液箱无液时，低液位传感器8给出信号，防吸空保护启动，泵站断电停止工作，并发出报警。当因乳化油箱1无乳化油，抽油泵2工作，乳化油流量传感器6无流量信号时，自动判断乳化油箱无油，配液系统停止配液并发出相应报警。当图1所示的乳化液泵运行时，增压泵11和乳化液电磁阀10启动和开启，保证乳化液的供应。本发明所述的乳化液自动配比系统可通过修改参数进入手动配液模式，当传感器出现故障或其他部分出现故障时，可切换至手动配液模式，保证系统运行和安全生产。
本发明所述压力自动控制系统在工作中，通过供液压力传感器27实时监测管路输出压力，能够对压力系统管路突然爆裂自动停机（压力5秒内由28.5MPa 下降到10MPa，数值可根据实际修改）并且关闭输出电磁阀A25和B28，停止供液防止乳化液浪费。在输出管路上安装压力传感器26实时监测输出压力，并且与设置压力进行对比，控制单元17通过智能模糊PID控制算法计算出变频驱动单元频率给定值，从而驱动泵站电机35，若管路实际压力大于所设置压力时，自动进行降速处理，降低输出压力；若管理实际压力小于所设置压力时，自动进行加速处理，增加输出压力，达到压力输出自动控制的功能，同样清水泵供液压力的控制采用同样的算法进行控制。在工作中，若乳化泵出现故障时，控制单元17关闭管路输出电磁阀25，同时打开备用管路电磁阀28，启动备用乳化液泵保证安全生产和工作效率。本发明所述的压力自动控制系统在工作中，通过曲轴箱油位油温传感器24实时对曲轴箱内温度和润滑油液位进行监测，当油温达到78℃时报警，80℃保护停机，当润滑油油位低于最低油位时报警停机，保护曲轴箱以免被损坏。通过乳化液温度传感器33实时对乳化液温度进行监测，当乳化液温度达到42℃时报警，45℃保护停机。本发明所述的压力自动控制系统在工作中，若压力传感器26/27/29出现故障时，可将自动调压控制改为恒速调压工作模式进行工作，此时可在控制单元17中进行参数设置，变频驱动单元根据所设置的速度进行驱动泵站电机35、泵站电机20、泵站电机21，此时乳化液供液管路通过泄压阀来保证管路压力，清水供液管路通过溢流阀来确保泵输出的流量与采煤机喷雾喷嘴流量达到最佳匹配，满足煤矿井下喷雾灭尘的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，其特征在于，包括电性连接的压力自动控制系统、乳化液自动配比系统、远程数据传输系统、数据监测和故障诊断系统四个部分，其中：
压力自动控制系统，将系统所设压力与压力传感器的值进行比较；
乳化液自动配比系统，利用乳化液浓度来控制清水电磁阀和乳化油电磁阀的大小；
远程数据传输系统，具备数据传输功能，通过井下环网能够将乳化液泵站无人智能控制系统的运行信息和运行实时画面传送至地面值班，供值班人员观测泵站系统运行情况；
数据监测和故障诊断系统，对各个传感器的数据采集和处理，根据传感器的数据进行故障诊断和自恢复。
2.根据权利要求1所述的一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，其特征在于，所述压力自动控制系统包括控制单元（17）、变频驱动单元（18）、泵站电机（19）、备用泵站电机（35）、清水泵电机（20）、曲轴箱温度计（21）、曲轴箱油压机械表（22）、管路压力机械表（23）、曲轴箱油位油温传感器（24）、乳化液温度传感器（33）、管路压力传感器（26）、备用管路压力传感器（29）、乳化液供液压力传感器（27）、输出电磁阀A（25）、输出电磁阀B（28）、清水泵输出电磁阀（31）和清水压力传感器（32）；控制单元（17）与变频驱动单元（18）电气连接，并且温度传感器（33）、曲轴箱油位油温传感器（24）、管路压力传感器（26）、乳化液供液压力传感器（27）、备用管路压力传感器（29）、清水压力传感器（32）与控制单元（17）电气连接，变频驱动单元（18）与泵站电机（35）、泵站电机（20）、清水泵电机（21）之间动力电缆连接；泵站电机所述的曲轴箱温度计（21）、曲轴箱油压机械表（22）、管路压力机械表（23）、曲轴箱油位油温传感器（24）、乳化液温度传感器（33）安装于备用泵、清水泵；备用泵站电机（35）、备用泵站电机（20）与曲轴箱之间采用机械连接；控制单元（17）通过电气连接控制输出电磁阀（25）、输出电磁阀（28）、清水泵输出电磁阀（31）的打开与关闭。
3.根据权利要求1所述的一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，其特征在于，包括乳化油箱（1）、抽油泵（2）、清水箱（15）、清水泵（3）、清水进水电磁阀（16）、清水伺服电磁阀（4）、乳化油伺服电磁阀（5）、乳化油流量传感器（6）、清水流量传感器（7）、乳化液箱以及安装在乳化液箱底部的液位传感器（8）、浓度传感器（9）、高液位传感器（12）、乳化液增压泵（11）、乳化液电磁阀（10）、回流乳化液箱（14）以及回流乳化液控制电磁阀（13）；乳化油箱（1）与抽油泵（2）、乳化油伺服电磁阀（5）、乳化液箱之间通过管路连接，并在管路上安装乳化油流量传感器（6），用于检测乳化油进液量；
低液位传感器（8）安装在乳化液箱底部，高液位传感器（12）安装在乳化液箱顶部，乳化液浓度传感器（9）安装在乳化液出口处，用于检测乳化液箱内部的乳化液浓度；清水箱（15）与清水泵（3）、清水伺服电磁阀（4）与乳化液箱之间通过管路连接，并在管路上安装清水流量传感器（7），用于检测清水的进水量；回液乳化液箱（14）、回流乳化液控制电磁阀（13）与乳化液箱之间通过管路连接；所述的抽油泵（2）、清水泵（3）、增压泵（11）与控制驱动系统通过动力电缆相连，所述清水进水电磁阀（16）、清水伺服电磁阀（4）、乳化油伺服电磁阀（5）、回流乳化液控制电磁阀（13）通过电信号与控制驱动系统相连，清水流量传感器（7）、乳化液流量传感器（6）、低液位传感器（8）、高液位传感器（12）、浓度传感器（9）通过电信号与控制驱动系统相连。
4.根据权利要求1所述的一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，其特征在于，还包括集控室、图像采集系统，所述集控室与压力自动控制系统通过网线通道连接，所述图像采集系统与集控室通过网线通道连接。
5.根据权利要求1所述的一种矿用乳化液泵站无人智能控制系统，其特征在于，还包括报警器，所述报警器连接于数据监测和故障诊断系统输出端。
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