工业设计论文发表谈控制系统的现状及发展趋势

　　矿用乳化液泵站是煤矿井下现代化高产高效综采工作面的关键设备之一，是保证综采工作面安全可靠运行的重要动力单元。近三十年来，国内的乳化液泵站的设计和制造技术取得了巨大的进步，主要技术参数得到了很大的提高。同时国内的大型煤矿也引进了众多厂家的乳化液泵站系统，使得我们对于国外的乳化液泵站技术有了较为全面的了解。国外厂家采用新材料、新工艺制造乳化液泵的关键部件，延长了整机的大修周期，提高了使用寿命。泵站采用电子监控手段实现了多泵成组自动化运行，提高了泵站系统的可靠性。这些新的思路对于我们开发研制高质量的乳化液泵站具有很好的启示和借鉴作用。

　　1.卡马特乳化液泵

　　卡马特乳化液泵的电动机经齿轮减速箱带动1对减速齿轮、曲轴、3套连杆呈120度角布置、3个滑块、3个陶瓷柱塞、3个高压钢套、3套盘根密封组件、1个齿轮强迫润滑泵、1个泵头组件。

　　曲轴箱由箱体，齿轮曲轴，传动轴，轴承，曲轴连杆，十字滑块，轴端压盖，密封，润滑油泵，油过滤器，油压继电器，油温传感器等组成。

　　曲轴轴瓦，连杆的润滑方式为强制式润滑。曲轴齿轮，输入轴，十字头，轴承的润滑方式为飞溅式润滑。

　　油过滤器滤芯过滤精度为25微米，如果油压表显示小于5bar，应更换滤芯，正常润滑油油压应在5bar以上。如果低于2.5bar油压继电器会报警停泵。润滑油首次更换为运行50工作小时，第2次更换为运行200小时，以后更换运行为500小时，润滑油的更换也可以根据实际运行时，油质变化的情况随时更换。润滑油温超过95℃停泵。

　　曲轴箱润滑油的加入量，以油尺的两个缺口中间为正常油位。

　　乳化泵和喷雾泵的吸排液阀阀芯，弹簧，阀座，导向阀可以互换并且通用。更换阀座时，要在无水、无油、阀座底孔清洁状态下更换。如果泵工作时，泵头有清晰的金属敲击声，应打开吸排阀进行检查，如果有弹簧断裂，阀芯和阀座磨损应该及时更换;阀芯和阀座应同时更换。安装和拆卸时，应该使用KAMAT提供的专业工具。

　　泵头柱塞为工业陶瓷制成，如果柱塞表面有划痕，裂纹，炭化现象的出现应及时更换。

　　泵头柱塞填料块中有盘根和低压密封，如果出现少量漏水，应更换低压密封。

　　如果出现大量漏水，应更换低压密封和盘根。如果只有一个注塞漏水，更换低压密封和盘根时，其它两个注塞也应更换低压密封和盘根。

　　2.乳化泵站液压系统应满足要求

　　(1)高压液路：低压乳化液从液箱经打开的截止阀吸入乳化液泵，通过泵将压力提高后，排出的高压乳化液经安全阀、高压过滤器、电液一机械卸载阀、截止阀，通过输液管向工作面液压系统供液。

　　(2)辅助液压元件：在泵头旁有一安全阀起高压保护作用;在输液管与工作面供液管之间连接有两个高压蓄能器及压力传感器。

　　(3)支架回液通过回液过滤器返回液箱。

　　(4)配制乳化液的路程是：当液箱低时，浮球阀打开，清水经过滤器-至混合配液器由负压作用吸入乳化油，自动配制成具有一定比例的乳化液流入液箱;当液位达到规定高度后，浮球阀(吸水电磁阀)自动切断水路。

　　(5)乳化油是乳化泵蓄能站通过管子引出一路高压液驱动吸油马达泵将乳化油吸入油箱的。

　　3.国外乳化液泵站控制系统现状

　　目前，在我国一些大型煤矿使用的国外主流乳化液泵站控制系统主要有3家：英国雷波(RMI)、德国卡马特(KAMAT)和豪辛柯(Hauhinco)。这些控制系统在结构、功能上各有千秋，由于其乳化液泵设计制造水平和发展方向一直处于行业领先水平，控制系统也代表了国外乳化液泵站控制系统的整体水平。

　　4.国内乳化液泵站控制系统现

　　国内乳化液泵站控制系统的研究与开发起步比较晚，技术水平比较落后，大多采用PLC架构，配以矿用计算机、操作台实现以集散式为主的控制系统，结构相对比较简单。其主要有3个发展方向：

　　(1)基于PLC的集散式控制在操作台设置以PLC为核心的防爆控制柜，通过电缆将设备的控制信号和模拟信号连接到控制柜上，再通过一台矿用计算机和按键台来进行人机交互，从而达到乳化液泵站的启停和运行控制。此种控制方式虽然简单，但整个控制系统系于一个点统一控制，如果这个点故障，那么将会影响所有的被控设备，其控制风险比较大;同时，所有设备的信息都是通过铺设远端电缆获得，如果出现故障不易排查。

　　(2)基于PLC的分布式控制此种控制方式是采用PLC来实现分布式控制，控制台设置有由矿用计算机和主控制PLC(如SiemensS7-300)组成的控制中心，再将每台设备上的就地控制PLC(如SiemensS7-200)通过总线(如Profibus等)挂接在一起，由此通过一些约束控制机制的切换，可以实现单台设备的自主控制和控制中心的集中控制。这样的控制方式较集散式控制风险大大降低，故障易排查，但每台PLC都必须集成在防爆箱里，这无疑增加了安装空间和安装难度。

　　(3)基于微控制器的分布式控制此种控制方式是借鉴了卡马特控制系统的经验，将基于PLC的分布式控制中的PLC用专用的微控制器代替，从而大大减少了安装空间和安装难度。但此种控制软件还不及国外的同类产品，可操作性和稳定性有待提高。

　　5.国产高性能乳化液泵站的开发思路

　　为使我国乳化液泵站设计制造水平上一个新的台阶，利用国内引进先进设备的良好机遇，对国外的先进产品进行消化吸收，缩短差距。通过在使用现场跟踪使用情况，维修现场了解维护情况，收集有用的资料。特别是利用维修机会对乳化液泵的关键元部件，如曲轴，滑块，柱塞，吸排液阀等进行材料分析，尺寸测绘，逐步实现国产化。在关键元部件试验成功后，就可以比较容易地完成整机的国产化。在此基础上结合煤矿实际使用要求，设计出具有自己特色的先进乳化液泵站系统。乳化液泵站只有实现自动化监控，才能大幅提高产品的可靠性和附加值。电控系统的设计要坚持高起点、多功能、高可靠性的原则，尽量选用成熟可靠的元器件，先满足功能上的要求，再进行优化设计。总之，乳化液泵站的设计要充分利用国外的先进理念和研究成果，结合我国的制造工艺水平，开发出满足高产高效综采工作面使用的泵站系统，实现替代进口产品的目标。

　　6.结语

　　乳化液泵站控制系统的不断发展得益于煤矿综采工作面自动化水平的不断提高。高效稳定安全的开采环境需要泵站控制系统安全可靠。随着大规模集成电路的发展，国内外乳化液泵站控制线系统的电路硬件水平已不分上下，而国内的软件水平却处于较低的水平。所以，国内泵站控制系统的改进与设计应借鉴国外的经验，遵循泵站控制系统的发展趋势，设计出高可靠性、低成本、高性能的控制系统。

　　【参考文献】

　　[1]李曼，郭卫，王冬，边斌.乳化液泵站自动监控系统的研究与开发[J].煤矿机械，2005(09).

　　[2]唐印伟，路延秋.矿用大型带式输送机控制系统优化设计研究[J].煤炭技术，2010(02).

　　[3]基于PLC实现的乳化液泵站控制系统的技术改造.矿山机械，2007(05).

　　[4]孟德远，赵武.基于神经网络和专家系统的乳化液泵站故障诊断研究[J].煤矿机械，2008，29(10)：218-220.