胡斌

摘 要：本文在现用喷雾泵控制系统的基础上新增了传感器、将现用三相异步电机改为变频电机，可以实现系统水压自动检测、喷雾泵压力自动调节等功能。目的是减少井下作业人员，降低工人劳动强度，同时也可提高煤质管控，有助于提高煤矿的经济效益和自动化水平。

关键词：喷雾泵控制系统；变频电机；自动调节；自动化

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

1 煤矿综采工作面采煤机喷雾泵控制背景

随着煤矿综采工作面自动化水平的不断提高，国内个别煤矿采煤机实现了快速记忆割煤、支架自动跟机拉架、自动收打护帮板等自动运行功能。但是缺乏与其他生产设备的控制系统之间的协同控制，因此人们意识到综采工作面要想真正实现全面自动化，还有很长的路要走，必须从整个生产流程的各个环节入手，深入研究出切实可行的技术方案。

2 煤矿综采工作面采煤机喷雾泵喷雾控制现状及问题

煤矿综采工作面“停机停水”的方法不成熟，停采煤机电源的情况下才能停喷雾泵。现在的做法是，从采煤机控制开关引出一组采煤机接触器的常开辅助触点，串入喷雾泵的控制回路，在工作面采煤机机身上通过切断采煤机先导回路，断开采煤机供电组合开关接触器，与此同时与采煤机喷雾泵启动回路串联的组合开关接触器辅助触点断开，从而在停机的同时也将喷雾泵停止。

喷雾泵的压力不能自动调节。采煤机各部位的温度会因为其负荷不同而不断变化，例如采煤机在轻载情况下运行时，其各部位温度上升的较慢，只需要少量的冷却水就可达到降温的目的。

采煤机喷雾泵和架间喷雾泵都需要手动开启。在正常开机生产时，需要先开三机（破碎机、转载机、运输机），如果三机被正常开启的话，控制台电工迅速到泵站控制箱处开启乳化液泵、喷雾泵，并且打开水箱和乳化液箱的加水截止阀 ，给水箱和乳化液箱加水，整个过程需要控制台电工迅速完成所有各项开机工作，有时候因为太过着急会带来一些不必要的麻烦。

系统水压需要人为观察，人员需手动加水。系统水经移变列车上的清水过滤器，现在是在清水过滤器上安装一块水压表，一般是由控制台电工不定期观察系统水压，遇到系统水压低或系统非正常停水的情况，工作人员不能及时发现异常情况的话会影响到设备的正常运转。目前还需要人为手动将系统水加入水箱及液箱里，这样会因为有时候作业人员未及时发现水箱水位低而没有及时加水，而导致喷雾泵停止或“干吸”，影响正常生产和设备的安全运行等。

3 煤矿综采工作面采煤机喷雾泵喷雾控制系统改造设计方法

综采工作面现用设备中，采煤机和泵站是单独控制，都有各自的独立的控制系统，为了实现喷雾系统的精准控制，设计了新的喷雾泵控制系统。该系统的控制方式是，泵站启动前泵站主控制器先检测系统水压、水箱水位，如果水压低于0.5Mpa或水箱水位低于30%则发出报警，并在低水位的情况下加水，加到高水位（90%）时加水自动停止。在自动模式下，当检测到采煤机电流大于12A（采煤机程序启动时未正式生产时的空载电流）时首先启动采煤机喷雾泵（采用变频电机驱动），并延时3秒启动架间喷雾泵（普通三相异步电机驱动），泵站主控制器根据从采煤机JOS检测到的采煤机温度数据对采煤机喷雾泵电机进行调速，从而达到调喷雾泵流量的目的，当泵站主控制器检测到采煤机电流小于12A且采煤机温度低于设定值时，采煤机喷雾泵和架间喷雾泵同时停止。检修模式下喷雾泵禁止自动启动。喷雾泵电气部分主回路设计原理图如下：

（1）控制系统的工作过程。1）首先检测系统供水水压和水箱水位信号。2）采集电流互感器、温度传感器信号，将该信号转换成泵站主控制器可处理的数字信号。3）泵站主控制器根据传感器信号及变频器输出的频率进行数据处理。4）在泵站主控制器中数据经过计算处理后，输出控制信号，此信号实现对变频喷雾泵的控制，同时对电流、温度检测，对系统形成反馈，使整个系统循环进行。

（2）控制系统的控制步骤。1）系统通电，按照接收到的传感器信号进行处理后，满足自动系统启动信号（采煤机电流大于12A）后，先启动采煤机喷雾泵，延迟3秒后启动架间喷雾泵。2）根据采煤机各部位实际温度和设定值的偏差调节采煤机喷雾泵的转速，当采煤机任意部位温度信号都未超限时，转速达到某一稳定值。3）当采煤机温度升高超过设定值，泵站主控制器的输出信号变大，采煤机喷雾泵变频器的输出频率变大，喷雾泵转速变大，供水量增加，采煤机各部位温度下降到设定值以下，喷雾泵转速重新稳定到设定值。4）当泵站主控制器检测到采煤机电流信号小于12A且采煤机各部位温度低于程序设定值，采煤机喷雾泵及架间喷雾泵同时停止。

（3）设备选型依据分析。在进行设备选型之前要充分分析工艺流程，对各种输入输出量进行梳理，在正式选型时要将价格因素和品牌质量等因素考虑在内。所有设备都将应用在煤矿综采工作面，因此都要符合煤矿安全标准，即要有防爆合格证、产品出厂检验合格证、煤矿矿用产品安全标志。

1）数字量输入信号统计：自动模式、手动模式、就地停止共3个；

2）数字量输出信号统计：水压报警信号、水位报警信号、采煤机喷雾泵启动共3个；

3）模拟量输入信号统计：采煤机总电流、左截割电机温度、右截割电机温度、左牵引电机温度、右牵引电机温度、液压泵电机温度、破碎机电机温度、左变频器温度、右变频器温度、箱体温度，共计10个；

4）模拟量输出信号统计：喷雾泵变频器的频率控制量，共计1个。

根据价格因素、品牌质量最终决定选取以下设备：使用现用的泵站控制器，只需根据实际情况增加I/O模块。需要新增的设备有，PY206水压力传感器、PY201水位传感器各一个，MM440变频器一台。

4 煤矿综采工作面采煤机喷雾泵喷雾控制系统改造设计难点

本文通过对煤矿综采工作面喷雾泵控制系统的研究与设计虽取得了阶段性成果，但是基于煤矿相对落后的生产条件和特殊的地理环境等因素的制约，距离煤矿达到自动化水平还有距离，对企业信息化建设所作的貢献也极为有限。除此之外，目前在研究过程中还存在以下问题：

成本方面，本设计需要将喷雾泵现用三相异步电机改为变频电机，如果现用喷雾泵控制系统的输入、输出模块的预留点较少，需要新增模块和设备，进行重新配置，增加了设备运行成本。

技术方面，因为泵站控制器需要接收来自采煤机监控装置（JOS、端头站）的信号来控制变频喷雾泵，此过程涉及到的信号采集、转换、程序设计、变频器参数设置等工作专业性较强，需要厂家工程技术人员协助。

通过以上分析，煤矿综采工作面采煤机喷雾泵控制系统的研究还不太成熟，还有大量工作要做，因此在做此项研究过程中应该统筹考虑，做到精益求精，在改造设计过程中要考虑成本管控、安全风险等因素。

5 结语

本文在是原有系统上增加了新的控制功能，如采煤机喷雾泵自动启动、停止功能；采煤机控制系统与喷雾泵控制系统进行协同控制等。在现在的基础上增加了部分数据项，这些数据可以开放接口，为其他系统提供数据来源，也可以将这些数据存入数据仓库，为以后的大数据分析提供数据支撑。

通过对采煤机、泵站运行数据的挖掘、分析，将两种独立设备的电控系统进行关联，也是对煤矿综采工作面现用设备控制系统的一种改进和探索，可以在一定程度上解决“数据孤岛”的问题；对减轻作业人员的劳动强度、改善作业环境、推进综采工作面自动化水平产生一定的效果。

参考文献：

[1]杨俊彩.基于MES的数字矿山生产执行系统在神东矿区的应用[J].煤炭工程，2016（01）：9.

[2]王建.变频器实用技术（西门子）[M].机械工业出版社，2012：91-98.

[3]国家安全监督管理总局，国家煤矿安全监督局.煤矿安全规程[M].煤炭工业出版社，2011：235-255.

[4]张明敏，郭全生.矿井维修电工[M].中国矿业大学出版社，2011：55-60.

[5]叶隆浩.矿用乳化液泵站控制系统的现状及发展趋势[J].陕西煤炭，2016（02）：18-22.

[6]苏发，张晓利.煤矿综采工作面喷雾泵控制系统的研究与设计[J].黑龙江科技信息，2017（02）：147-148.