乳化液泵变频自动化控制系统方案探讨

[摘 要]为解决乳化液泵站的远程控制，提高采煤工作面生产效率，利用 PLC 控制乳化液泵站，减少泵站工作人员，提高生产效率。

[关键词]乳化液泵 自动化 变频 工作原理

中图分类号：G356.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0121-01

1 乳化液泵变频自动化控制系统特点

（1）自动开停乳化液泵； （2） 恒压供液，节能显著；（3） 主备泵自动、手动互相切换； （4） 自动、手动配液；（5） 多种工作方式； （6） 各种运行以及应急开车方式；（7）实时监测及显示功能； （8） 参数设置灵活方便； （9）控制电机的启动电流（变频器起动） ； （10） 降低电力线路电压波动（变频器起动） ； （11） 提高了功率因素，节电效果明显（变频器） ； （12） 节省维修费用，机械冲击小，系统运行合理。

2 乳化液泵站变频自动化控制系统方案说明

本方案主要有乳化液泵站系统、变频电动机、防爆变频器、与变频器配套使用的电抗器接触器切换系统、PLC 监控系统、自动配液系统级检测传感器等系统组成，通过各系统之间协调监控达到自动恒压供液的节能运行、系统故障保护或报警、系统数据实时显示及传输、乳化液的自动配比、浓度实时检测。

2.1 各子系统的简述

2.1.1 乳化液泵站系统

（1） 乳化液泵站系统两泵一箱，一用一备，电动机125kW / AC1140V，需配备 160kW / AC1140V 防爆变频器。

（2） 乳化液泵系统四泵三箱，三用一备，电动机250kW / AC1140V，需配备 315kW / AC1140V 防爆变频器。

2.1.2 变频电动机

由于本系统采用防爆变频器驱动，并且在自动恒压控制时可以根据压力调节电机转速，在压力要求很低时电机转速也很低，处于低频运行，这就必须采用变频电机，用普通电机可能发热过高。如果现场不能满足时，可以设置最低运行频率以满足普通电机的需要。

2.1.3 防爆变频器

BPJ1 系列矿用隔爆兼本质安全流变频器核心部件选用国外知名品牌产品，内置电抗器、继电器等元件。

2.1.4 与变频配套使用的电抗器接触器切换系统

此系统用于多台泵的乳化液泵站系统，他既有切换泵站电机的功能又有变频器备份工频启动的功能。

2.1.5 PLC 监控系统

控制系统由 KXJ1 - 27 隔爆兼本质安全型可编程控制箱来完成。其控制核心采用西门子的 S7 - 200 系列可编程控制器（PLC） ，通过 PLX 控制器采集传感器的信号，实现对整个系统的检测控制。并且通过显示屏对所有运行数据集监控数据进行实时显示及对外传输。

2.1.6 检测传感器

传感器主要有： 压力传感器、流量传感器、温度传感器、油位传感器、水位传感器等。

2.2 乳化液泵变频自动化控制系统控制及功能

以四泵三箱乳化液泵站系统为例：

2.2.1 控制参数设置

（1）主泵选择：一号泵、二号泵、三号泵、四号泵，选择二号泵为主泵；（2）泵循环顺序选择：主泵向后、主泵向前，选择主泵向前；（3）泵变频工作选择：4h、8h、12h、18h、24h，选择8h；（4）变频器运行最高频率选择：45Hz、50Hz、53Hz，选择50Hz；（5）变频器运行最低频率选择：5Hz、20Hz、25Hz、，选择20Hz；（6）变频器工作上限频率运行时功能选择：工频切换、直接启动，选择工频切换；（7）变频器工作下限频率运行时功能选择：工频切换、工频不切换，选择工频切换；（8）配液选择：自动、手动、检修，选择自动；（9）PID调节选择：出口压力信号、远方压力信号、压力远方为主出口为辅、流量信号、出口压力为主流量出口为辅，选择压力远方为主出口为辅；（10）系统压力设置：20～35MPa，设置31MPa。

另外水位、油位、温度、乳化液浓度均根据现场情况设置；

2.2.2 工作原理

2.2.2.1 系统自动工作方式

（1）恒压控制

控制参数设置完成，按下启动按钮，防爆变频器驱动二号泵（因为选择泵2为主运行泵）开始运行，工作面压力传感器YL2（YL2安装于液压支架处）产生压力信号，并转换为4～20mA的模拟信号，此时信号反馈到PLC控制箱，假设反馈18mA信号对应工作压力为31MPa，那么PLC控制箱通过PID调节计算处理并控制变频器及电机工作频率（速度），使其达到压力要求。

当主控泵泵2变频工作8h后，可以自动切换为辅助泵，泵3成为主控泵并且变频运行，避免单泵长期变频运行。

（2）自动配液

乳化液的自动配液、加液系统是由水过滤器、防爆电磁阀、配液比例阀、防爆液位传感器（SW1）、防爆油位传感器（YW2）、油过滤器及浓度检测器等组成。通过各类传感器信号采集及处理能自动将乳化油和水按照一定的比例配成乳化液，配液装置要求的供水压力范围：1.3-6MPa。乳化液的浓度一般控制在3%～5%之间，配液、加液方式包括：采用浓度传感器+水位、油位传感器+PLC控制箱，根据PLC控制箱采集处理发出的信号，按照功能要求控制水电磁阀和微型油泵进行自动配液和补液。

例如： 当液箱的液位处于设定的下限时，配液水阀和配液油泵按设定的量比自动配液，配液过程中系统实时监控配液浓度，当液箱的液位达到设定上限时，相关配液器件停止输出。配液完成后根据浓度实际检测值自动修正浓度，以保证乳化液符合使用要求。

（3） 自动工作方式下保护

该系统具有自动检测显示泵组储能器压力。压力系统管线突然爆裂时该装置能控制泵自动停机的功能，当压力5s内由28.5MPa以上下降到10MPa时，系统自动停机保护。

在自动工作方式下所有保护均投入 PLC 控制箱控制逻辑中，参与保护。

2.2.2.2 系统手动工作方式

所有设备处于单机运转状态，还具有闭锁联锁关系。也能做到恒压供液，只是压力调节范围小，不可以多泵切换，可以多泵轮换工作。所有保护投入工作。

2.2.2.3 系统检修工作方式

所有设备处于单机运转状态，还具有闭锁联锁关系。也能做到恒压供液，只是压力调节范围小，不可以多泵切换，可以多泵轮换工作。部分保护投入工作，可以屏蔽非重要保护。

2.3 乳化液泵变频自动化控制系统节能分析

根据流体力学的基本定律可知： 乳化液泵的流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。只要在满足生产需求的情况下，降低电动机的转速，则轴功率将会大大降低，节能效果显著。

参考文献

[1] 陈国雄.浅谈电气自动化控制系统的设计思想和组成――以发电厂举例说明[J].科技信息，2006，（S4）.

[2] 张进，邓晓红.PLC（可编程）控制系统雷电防护设计及SPD的应用[J].贵州气象，2000，（04）.