智能乳化液泵站.pdf

ZRBK 智能乳化液泵站 电 控 系 统 简 介 济宁市华光矿山设备有限公司 2010 年 2 月 目 录 一、一、概述概述 1 1 二、二、ZRBKZRBK 智能乳化液泵站电控系统技术智能乳化液泵站电控系统技术与与特点特点3 3 三、三、智能型乳化液泵站电控系统成果介绍智能型乳化液泵站电控系统成果介绍 6 6 四、四、ZRBKZRBK 智能乳化液泵站电控系统方案智能乳化液泵站电控系统方案1 12 2 五、附录五、附录 A A 1 14 4 济宁市华光矿山设备有限公司 1 一、概述一、概述 ZRBK 智能乳化液泵站电控系统主要依据流体力学，电气自动控制原理，将计 算机，数字处理技术同电气控制技术结合在一起的新型防爆智能电器。在保证煤 矿井下防爆安全前提下，提高煤矿安全技术装备水平，采用智能化先进技术，使 用新型传感器，变频器，可编程序控制器，人机界面显示器，组成控制装置。对 温度、压力、液位、浓度进行监控对故障进行智，确定液压系统所有机电设备处 于高效节能最佳运行状态。利用防爆电器智能技术，当乳化液泵站本身发生故障 时，可以及时发出警报通知维修，并且通过精确防爆传感器进行故障珍断，包括 运行中乳化液浓度检测，达到自动控制的目的。 ZRBKZRBK 智能乳化液泵站电控系智能乳化液泵站电控系统与其它厂家产品的不同点统与其它厂家产品的不同点 （1）工频部分 QJZ-630/1140-3矿用隔爆兼本质安全型真空电磁启动器是针对ZRBK智能乳化 液泵站电控系统专门设计制造的，具有性能稳定，可靠性高等优点，主要元器件 全部采用原装进口真空接接触器为美国（Joslyn Clark） ，隔离换相开 关为 ABB OETL 系列,控制系统采用德BECKHOFF CAN 总线模块 ,同时选用 配套产品KL3468 和 KL3458 模拟量采集模块,传输速率更快、更加精确； 内腔室无电缆专利设计（国内首创） ，温升低，耐老化，抗干扰性能好，十英 寸大屏幕液晶显示，人机见面，易操作性强，采用电子闭锁提高安全防护，控制 回路保护齐备;具备 RS485、CAN、以太网等通信接口。 济宁市华光矿山设备有限公司 2 （2）变频部分 ZJT 矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置是为 ZRBK 智能乳化液泵站电控系统 专业制造的，高可靠性，主要元器件全部采用原装进口（变频器本体进口 SOHO-VD 失量控制）顶置散热热管专利方式（国内首创） ，无需调平，任何工作角度都可使 用，温升低（上海检测中心报告） ，耐老化，抗干扰性能高EMC 低于行业标准） ， 人机见面，易操作性强，保护齐备;具备 RS485、CAN、以太网等通信接口。 （3）浓度自动配比液箱 浓度自动配比液箱具备浓度在线检测及显示（浓度传感器型） ，高低液位采用超声 波控制技术（与液面无接触，精度高，无.腐蚀高可靠性） ，系统压力传输及卸载 安全保护，管埙保护齐备，浓度配比采用美国变频无外动力泵专利技术（国内首 创）配比精度高 0.2，2-5浓度连续可调，免维护，使用寿命长；可选自动反冲 洗进回液过滤器，过滤精度高，依据矿方使用要求配备，箱型可选（Q235,不锈钢） 自动补油箱，远程供油泵齐备。 济宁市华光矿山设备有限公司 3 二、二、ZRBKZRBK 智能乳化液泵站电控系统智能乳化液泵站电控系统技术与技术与特点特点 一 研发过程中掌握的技术 1）新型浓度传感器在煤矿井下安全精确运行。 2）传感器、控制器、变频器、显示器、在线控制过程抗干扰电磁兼容性。 3）液压控制系统、电气控制系统相互关联性研究。 4）产品软件程序开发。 5）产品满足煤炭安全生产要求通过防爆试验及安标评审 二智能型矿用乳化液泵站极大地改善煤矿企业的经济运行情况,并形成 新兴技术产业,提高煤机产业的核心竞争能力。 ZRBK 智能乳化液泵站电控系统创新内容 工程设计及其实施将按照国家和地方的相关标准，采用控制技术，符合工 业标准和主流模式，液压控制整体方案保证具有明显的先进性，产品和软件不仅 成熟而且代表国内先进技术水平。 1）乳化液浓度监控经检索属国内首创,使用新型名称矿用智能型乳化液浓 度在线监控系统。 2）.恒压变量控制技术在煤矿井下节能应用，取得良好经济效益和社会效 益。 3）.真空散热技术有效解决防爆和散热这一技术难题，并通过煤科总院上 海防爆电气试验站型式试验。 智能型矿用乳化液泵站电控系统的技术,与德国斯图阿特公司乳化液配液 系统进行技术比较，最后确定智能型矿用乳化液泵站属国内先进水平。 济宁市华光矿山设备有限公司 4 三矿用液压系统的技术要求不断提高，通过智能型乳化液泵站电控系 统优化的工艺技术使得液体介质长期地保证正常运行。本项目产品采用隔爆变频 技术，调速恒压供液，在线自动控制等技术，其技术成功的解决了将计算机数字 处理技术同电气控制技术结合。系统对乳化液泵、阀、液位、供液、卸压、节能 运行、浓度监控进行合理有效的监控，具有通讯接口将运行状况直接传输地面监 控。对矿山工作面液压支柱实现了自动化、智能化、是一种新型矿山智能产品， 其技术成熟。 腐蚀是液压系统费用增加的重大因素，因为它将引起增加维修费用和停机 事故。在符合 MT76- 2002 煤炭行业标准所制造配制的液体浓度下，要求生产设备 能够有效的防止坑道支架液压系统的腐蚀，能够保证所设定的坑道支架液压系统 液体浓度值必须得到精确的监控。本公司的智能型矿用乳化液泵站，自动配液系 统能够对坑道支架的工作液体浓度进行测量和控制。使用该装置可避免由于液体 浓度过低而引起的腐蚀损坏和对此引起支架使用寿命的降低。根据煤矿企业优化 而定的测量和控制技术能保持液压系统乳化液体其抗腐蚀作用，并在降低成本方 面起关键性的作用。 本项目采用变频技术，调速恒压供液，在线自动控制节能效果明显，经过工 业运行节能效果达到 40以上（液压支架保证不串液不漏液） ，电器控制装置采用 隔爆装置安全可靠。变频器控制装置能够根据系统压力反馈值自动控制乳化液泵 组，迅速自动补偿系统压力、提高功率因数、减低环境噪音和污染、自动诊断系 统故障，实现无人职守自动控制。 四本产品已分别通过了国家相关部门技术性能检测，其中矿用隔爆兼本 质安全型交流变频控制装置，矿用隔爆兼本质安全型磁力启动器性能由煤炭工业 部上海电气防爆检验站检验，检验结论检测合格，电气性能由国家采煤机械质 济宁市华光矿山设备有限公司 5 量性能检验中心试验，检验结论检验合格。电磁兼容性能由上海电器设备检验 所检验，检验结论所试验项目合格。国家煤炭安全标志办公室已发安全标志证 书。 智能型矿用乳化液泵站是煤矿采掘必备的大型设备。近年来国家对矿山安全 生产高度重视采取很多措施来保护矿山的安全，因此该产品的问世必将对煤矿开 采实现自动化、智能化、安全高效作出贡献，同时该产品显著的节能效果，必将 对建设节约型企业和节约型社会作出贡献。 综上所述，智能型矿用乳化液泵站大副度提高了我国防爆电器的科学技术 含量，开创了防爆电器领域应用微电子技术，变频调速，真空热管，自动化编程， 本安传感技术先河。节省能源，大副降低设备维修费用，延长设备使用寿命，确 保了矿山安全。 济宁市华光矿山设备有限公司 6 三、三、智能型乳化液泵站电控系统成果介智能型乳化液泵站电控系统成果介绍绍 传统泵站的现状分析传统泵站的现状分析 1、传统乳化液泵站电机采用磁力起动器控制，工频直接起动运行，对电网和机 械设备造成的冲击较大。 2、液压支架等设备实际需要供液的工作时间仅占液泵运行时间的三分之一左 右，但电机和泵组工作时始终运行，由卸载阀卸载多余的能量保持系统压力，造 成设备的无用功在 40以上。 3、 两台乳化液泵组工频状态下不间断交互运行， 所以电机和泵组轴瓦温升较大， 需要在 3～5 小时内不停的互相切换，设备磨损严重，能耗高，对电网冲击大。 a 传统泵站需要大流量工作时【如移架时】一台泵组工作满足不了系统压力 及流量时，另一台泵不能自动补偿，设备运行状态得不到监控。 4、配液为人工手动配液，测量乳化液浓度的方式为手持折射仪测量，缺点是 配液过程繁琐并且精度较低， 乳化液浓度没有保障， 造成支护设备无润滑及锈蚀。 智能型乳化液泵站电控系统智能型乳化液泵站电控系统 该套设备采用了先进的在线自动监测控制系统和变频技术，实现 了对乳化液浓度、压力、液位、泵组温度的自动检测与智能控制，实现了乳化液 的自动配比，该产品是一项集成了机、电、液一体化，节电效果显著，比原有产 品节能 40以上； 由于乳化液配比准确， 显著延长液压支护设备及液压元件的使用， 而且采用了自动卸压系统和本质安全线路，对保障矿井人身设备的安全起到了重 要作用。 产品组成 智能型乳化液电控系统由两台乳化液泵组与一套液箱组、一台矿用隔爆兼本 质安全型交流变频调速控制装置、一台泵矿用隔爆兼本质安全型组合开关和辅助 油箱组成。 【如图 1】其中一台变频泵组工作，一台工频泵组辅助工作，一回路备 用可以接一台备用泵组。 产品特点 a、能够在系统闭环工作状态下使泵组实现恒压，变量自动控制【如两台 400 型泵组为例自动实现 31.5MPa 恒压，最大流量根据工作需要可实现 800 升/分】 保证系统工作压力的同时，极大地提高了乳化泵组的做功效率，达到节能降耗的 目的【2/3 时间泵组是停机状态，效益分析后章详诉】 ；延长设备使用大修周期， 同时降低工作面环境噪音水平。 济宁市华光矿山设备有限公司 7 b、液压支架用乳化液浓度达到精确自动配比，并实现在线检测。 c、电气控制系统进行监控并对系统故障自诊断，从而保证设备的正常运行和 便于维护。 产品的用途及适用范围 为井下液压支架提供动力源以及为其他注水泵站提供动力源。本产品执行 MT/T188.2--2000 行业标准,同时符合煤矿安全规程中相应规定。 一一 、泵组工作原理与结构介绍、泵组工作原理与结构介绍 a、 泵的结构为卧式三（五）柱塞往复式柱塞泵，三相交流四极防爆异步电 动机驱动，经一级齿轮减速，带动三曲拐曲轴旋转，再经连杆、滑块带动柱塞作 往复运动，使工作液在液力端泵头中经吸排液阀吸入和排出，从使电能转换成 液压能，输出高压液体供液压支架工作时使用。 b、 乳化液泵、电动机、轮胎连轴器与蓄能器等均固定在滑撬式底拖上，共 同组成乳化液泵组。 c、 液泵主要由曲轴箱、高压缸套、泵头等组件组成。在泵的靠电机侧装有 安全阀，在另一侧装有卸载阀。 ⑴⑴ 箱组工作原理与结构介绍箱组工作原理与结构介绍 液箱由配液室、过滤室、工作室组成。每室底部均设有放油塞。箱体两侧装 有隔爆接线盒，箱体上部安装交替阀、高压过滤器、回液过滤器、压力传感器、 系统卸压器、吸液截止阀、回液断路器、及液位指示器、自动配液器及软管共同 组成液箱。与传统液箱相比，传感器、系统泄压器、自动配液器是改进部分。 a、 传感器 分别有系统压力传感器、液位传感器、浓度检测器，分别装于乳化液箱体有效测量 部位连接在插件接线箱。 b、 系统泄压器 液压系统处于停止工作状态下， 按下状态选择联锁开关， 使安装在交替阀体下方的 防爆卸压电磁阀动作，可将系统中 31.5MPa 的压力直接卸载至液箱。以防误操作，确 保人身及设备的安全。 c、 自动配液器 自动配液器是由水过滤器、减压器、防爆单向阀、配液泵、防爆液位传感器、 防爆油位传感器、浓度检测器等组成。 其作用是自动将乳化油和水按照一定的比例配成乳化液，本配液装置要求的 供水压力范围0.3-7kPa。乳化液的浓度控制在 2-5之间精确、连续可调，精度 0.2。根据可偏程序控制器发出信号，按照功能要求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。配液完成后系统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。 济宁市华光矿山设备有限公司 8 ⑵⑵ 控制装置工作原理控制装置工作原理 控制器装置主要由工频和变频两部分组成。其外部分别装有电源开关控制 手柄。工频部分作为装置的总电源通过对手柄的正反操作控制电源电压的相序， 必须在断掉电源后防爆门才能打开。它是对泵站信息集中处理，信息输出、电机 驱动及人机对话的中心控制部分。工频箱内输出电源至变频箱，动力系统变频处 理后返回至工频箱内集中控制动力输出。 所有的信号电缆、控制电缆、动力电缆等均用高压胶管护套保护，电器连接 部分用快速连接插头连接，便于拆装。 1. 1. 矿用防爆变频器矿用防爆变频器 矿用隔爆兼本质安全型控制装置是一种集传感器技术、可编程序控制技术、 工控显示与数字式变频调速及相关的真空散热技术为一体的专为乳化液泵站配套 控制装置。该产品适用于交流 50Hz、额定电压 660V 或 1140V 的异步电动机起动运 行调速和运行过程控制。具有以下特点 a、起动电流小，起动速度平稳、起动性能可靠、对电网冲击小，从而减少起 动时对设备的机械冲击。变频器具有在线控制功能，可根据电机的负载变化调整 电机工作电源电压和频率达到所需转矩，具有明显节能效果。 b、实现乳化液泵站恒压变量自动控制，有效解决乳化液泵站自动配液、泵机 温度超温、液位控制，系统停机自动泄压、报警灯报警等问题。 c、可延长乳化液泵站使用寿命进而保证支架乳化液配比质量。保证支架用乳 化液达到 MT76- 2002液压支架用液压源煤炭行业标准规定的使用要求，实现 控制系统的经济运行。 d、为有效保证装置安全型和可靠性，设置工频/变频转换，使设备始终处于 运行状态，保证生产的连续性。 e、防爆型式隔爆兼本质安全型 Exd〔ib〕I。 2. 2. 系统主控制器系统主控制器 该系统主控制器是以微处理器为基础，综合计算机通信，以 CAN 总线与自动 控制为一体的工业控制装置。可以完成温度、浓度、液位、油位，压力信号的转 换输出。以实现乳化液泵站监控智能化。 a、、 泵温 泵组变速箱内润滑油的温度如果≥70℃系统将会报警，≥95℃系 统将会强制停机且故障记忆保护。设备上电后泵组温度将会直接显示在显示屏上。 b、、 油位 油箱内的乳化油如果低于 250mm 高度系统将会给出灯光报警，低 于 150mm 高度系统将会报警且强制停机。如果配备补油箱，系统则会通过补油泵 自动向油箱内供油。 济宁市华光矿山设备有限公司 9 c、、 液位 液箱内的乳化液如果低于450mm高度系统将会自动配液， 到达750mm 高度配液完成。当低于 150mm 高度系统将会报警且强制停机。 d、、 浓度 液箱内的乳化液配液完成后浓度如果低于 3 度或高于 5 度系统将 会自动校正乳化液浓度。浓度如果低于 1 度系统将会强制停机。 e、、 系统压力 系统压力为泵站的工作压力， 标准 31.5MPa。 泵组恒压运行时， 系统压力如果在变频器连续 12Hz 运行 3 分钟以上无损耗时， 泵组将会变频软停止。 当系统压力突然降低时泵组将会迅速变频启动继续进行恒压运行。 f、、 电力计量 泵站变频或工频运行的累计时间为 9999 小时可以手动复位、 清零,用电量为 9999 度复位一次，可复位 9999 次可以手动复位、清零。 3. 3. 电机综合保护电机综合保护 该系统具有过压、欠压、短路、超温、过载、过流、三相不平衡、电机绝缘 进行监控和保护、并具有低压漏电保护功能。液晶显示屏显示各电机运行状态、 电流、工作电压、系统压力、供水数量以及各种故障信息，并且具有数据记忆功 能。同时采用 CAN 总线通信方式，使通信速率更加迅速；操作方式采用不锈钢矩 阵键盘，操作更加简单明了。 二二 、设备功能、设备功能 （1）自动配比乳化液浓度。该泵组采用了自动配液系统【美国技术】 ，能随 时对乳化液浓度进行在线检测，利用分析仪表对配比后乳化液油水含量比例进行 分析，并将检测信号与 PLC 设定的标准值进行比较，显示测量值，并实现浓度校 正，使乳化液质量始终处在标准范围。该装置彻底解决了人工配液比例不准的难 题，保证了乳化液质量，对延长井下液泵液压支柱系统的使用寿命，起到了决定 性的作用。 （2）智能化变频调速控制。该泵站控制装置采用了矿用隔爆型交流变频调速 控制装置，具有在线控制功能，可根据系统的压力变化调整电机工作频率，达到 所需转矩，实现了电机重载软起动、软停车和运行过程控制，具有起动电流小、 起动速度平稳、起动性能可靠等特点，可减小对电网的冲击和机械冲击，延长液 压泵使用寿命，具有明显的节能效果，从而实现液压系统的经济运行。 （3）智能在线检测高、低液位，实现恒压供液。该泵站采用了液位控制器， 通过智能液位传感器自动检测高低液位，实现上液位报警停止供液，下液位启动 补液泵自动补液；通过压力传感器传输系统压力信号，当液压系统停止工作或维 护时，自动泄压器泄掉系统管路中的压力，从而保证了设备和人身安全；通过采 用进口高灵敏度温度传感器，当出现润滑油流失、失效或油管堵塞，井下道轨倾 斜单轴端缺油磨损发热超过设定温度时，发出语音报警信号，该泵自动停止工作， 同时系统自动切换到另一台液泵供压，保证了系统正常供液和液泵的安全使用。 在自动控制系统出现故障时也可选择工频运行，保证正常工作。 济宁市华光矿山设备有限公司 10 （4）智能化监控装置。该泵站采用了智能化控制技术，能够对液压系统运行 情况进行自动监测和控制，达到自动控制的目的。采用了西门子彩色液晶触摸屏， 实时反映各种运行参数和动态显示生产现场运行状态，使整个泵站运行更加直观。 能够提供数据访问接口，实现与微机远程通讯联接。 三三 、效益分析、效益分析 1．节电效益分析从试运行以来，工频运行时实测电流约为 104A，而在同样 的工况下变频运行时实测电流为 56A，该泵额定电流为 128.6A，依此计算125kw 工频运行时每小时耗电 104128.6125KW101.1kwh 采用该设备后运行时每小时耗电 56128.6125KW54.4kwh 节电百分率为101.1-54.4kwh101.1kwh46.2 例如；液泵电机 250KW，供液运行时间占泵机运行时间 30，运转时间为 24 小时/天；360 天/年则 通常每年电耗250kw243602160000 度0.51080000 元 采用该设备后250kw8360720000 度0.5360000 元 每年节省电能1080000-360000720000 元500 元/吨1440 吨煤。 从上述计算可以看出，该装置节电效果比较明显。 2．提高支护设备使用寿命该装置采用了乳化液自动配制监控系统，它对采 煤工作面液压支架、单体支柱等设备运行需用的乳化液循环系统可以连续监视并 进行最佳控制，保证了所设定的工作面液压系统液体浓度值标准、精确，降低了 液压系统设备的腐蚀速度，明显地延长支架液压系统设备使用寿命。该控制系统 直接将先进的科技转化成经济效益，使煤矿节省了支护设备的投资费用和维修费 用，提高了企业经济性。 济宁市华光矿山设备有限公司 11 四四 、应用效果、应用效果 （1）系统先进，安装简单。该装置不需要另外的变压器、电抗器、滤清器、 补偿电容、起动设备等一系列其他装置，结构紧凑美观、安装方便，现场配线少， 调试用期短，投入生产快。 （2）安全可靠，操作简便。该设备严格遵守了国家相关各项隔爆、防爆技术 要求，能够达到煤矿井下使用的使用和运行条件。操作过程简单易学，便于工人 的使用和维护。各类元器件配置使用可靠，也便于更换维修。 （3）节能效果明显。智能化乳化液泵站投入运行以来，节能效果明显。一是 节电效果明显。二是比工频运行下延长泵组和电机的使用寿命可达 3 倍以上。三 是乳化液浓度质量的精确保证，也极大地提高了液压支架和单体液压支柱的使用 寿命，减少支护设备的更新和维护费用。 （4）目前该智能型乳化液泵站已取得了防爆合格证和煤安标志，其安全可靠 的运行和明显的节能效果已得到了众多煤矿企业的一致好评，值得大力推广和应 用。 济宁市华光矿山设备有限公司 12 四、四、ZRBKZRBK 智能乳化液泵站电控系统智能乳化液泵站电控系统方案方案 一一 、组成部分、组成部分 1、ZJT 矿用隔爆兼本质安全型变频调速装置一套 2、QJZ 矿用隔爆兼本质安全型真空电磁起动器一套 3、自动配比液箱一套（含软化水设备，水过虑设备，油过滤设备, 反冲洗过滤器）液箱不锈钢材质 4、自动补油箱一套，液箱不锈钢材质 5、移动式供油泵一台 二二 、功能、功能 1、变频器原装进口韩国 SOHO-VD 250 KW/1140V 失量控制型变频器，真空 接接触器原装美国进口（Joslyn Clark） ，隔离换相开关为 ABB OETL 系列,控制系统采用德BECKHOFF CAN 总线模块 ,同时选用配套产品KL3468 和 KL3458 模拟量采集模块,以采集系统中的各个模拟量信号。 2、软化水设备为美国进口康科产品，20MPA/30mmoL/L 以下使用。 3、采用台湾 ADP 大屏幕触摸屏,进行系统状态监视、动作状态监视、PLC 诊 断、开关切换、CAN-open 总线通信、在线修改参数,以及显示水压、水位、频率等 参数.，实时显示检测乳化液自动配比浓度、液位、系统压力、乳化油位， 泵组温度等参数。同步显示变频运行电流、电压、频率、故障功能。 4、保护功能漏电保护、过载、过热、短路、三相不衡平衡、过压、 等欠压、缺相、接地等保护功能，具备报警功能。 济宁市华光矿山设备有限公司 13 5、自动配液系统可在线检测乳化液自动配比浓度，2.5-5可连 续可调设定，精度 0.2。高低油位、液位自动控制。 6、两种控制方式、可自行选择，变频。工频互为转换，工频能同时 控制两台泵组，变频能够分别控制任一台泵组。变频恒压控制，系统压 力保持在设定值 31.5Mpa，变频器在 16Hz 运行 3 分钟后，泵组自动转入 停机监控状态，当系统压力低于 26Mpa 时变频启动泵组进入供液状态。 7、泵组自动切换，当一台泵供液时压力达不到要求，2 分钟自动启 动备用泵组，当压力达到设定值 32.5Mpa 时，备用泵组自动停止运行。 8、压力系统管损保护5 秒钟内系统压力降至 10Mpa 时，系统自动 停机保护。 9、泵组吸空保护功能乳化液箱内液体低于供液要求时自动停机、 报警、同时具有超液位保护。 10、安全卸压，以保证操作人员安全。 11、吸、回液过滤定时自动反冲洗。 12、可实现远程、近程、网络控制、能满足顺槽工作面主控集成计 算机的要求，而且具有 CAN-open 总线通信和 RS485 通信接口。 13、能实现泵油曲轴箱温度、油位、油压、电机轴承温度、绕组温 度保护。 注系统框图见附图一。