智能高端乳化液泵站控制系统的研究

摘要

为了大幅度提高井工采煤的工作效率，近年来，综采工作面采煤机工作牵引速度从传统的4—6m/min提高到了每分钟十几米甚至20m/min以上，对于如此高的工作牵引速度，与其配套的设备，液压支架的推进(或跟进)速度必须相应提高，才能充分发挥采煤机的工作能力。液压支架跟进速度的提高实质上是实现在相同时间内运行多台支架，这就需要液压支架的供液设备具备大流量供液的能力。 乳化液泵站作为液压支架的供液设备，目前，国内普遍采用一台泵供液，一台泵备用；对于高速采煤机则通过采用大流量泵供液的方式来满足液压支架的快速跟进；而对泵的启停和加载/卸载完全依靠人工经验式控制。虽然大流量泵能提供液压支架快速跟进时所需流量，但是由于井下的特殊环境，大流量泵存在占地面积大和防爆困难等问题，因此很难在煤矿井下开展工作；另外，由于没有监测系统，很容易出现各种故障，不能为支架提供良好的供液环境。 经过课题组的艰苦工作和多方调研，在充分研究大量国内外有关文献资料的基础上，制定了多泵系统在线检测和自动控制初步方案，经过业内多名专家的广泛论证，最终确定了“智能型多泵乳化液泵站控制系统”的实施方案。我们设计了“智能高端乳化液泵站控制系统”。在泵站中采用四台乳化液泵供液代替现在普遍采用的大流量单泵或双泵供液形式；在控制量选取上提出利用液压系统主管路压力信号的变化反映液压支架跟进时所需乳化液流量的变化，通过采集到的主管路压力信号来调整各台泵的运行状态；在泵站的运行过程中采用优先级循环方式，避免了各台乳化液泵运行时间不同；同时，为了避免乳化液泵出现故障带病运行，我们设计了故障在线监控系统，对泵站在运行过程中出现的各种故障实时报警并采取相应控制措施。在泵站的控制系统中，通过可编程控制器构成主从站集散式控制系统，整个控制系统由主站控制器进行集中控制，由各个分站进行相应的管理；主站控制器根据主管路压力的变化和当前各个从站的运行状态，由程序中设定的优先级顺序，对相应的从站控制器发送加载或卸载控制指令；从站控制器接收到控制指令后控制各自乳化液泵的启动、停止、加载、卸载以及故障监测等，然后再将当前的运行状态上传到主站控制器中。主从站均设置有人机接口，通过人机接口操作人员可以设定相关参数和查阅各个泵的运行情况。本课题针对多泵、高压大流量乳化液泵站研发的智能高端乳化液泵站控制系统，具有运行状态在线监测、智能化自动控制、故障白诊断、故障信息储存、显示、故障报警和通讯等功能，大大减少了采煤工作过程中的故障停机时间，提高了生产效率。该项目的完成，解决了我国煤矿井下乳化液泵站自动化控制与液压支架电液控制的配套问题，为煤矿快速大功率井下采煤设备完全自动化或自动化无人回采工作面的实现做出了我们的贡献。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的来源及问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3智能高端乳化液泵站控制系统简介

1.4本文工作及内容安排

1.4.1主要研究工作

1.4.2内容安排

第二章乳化液泵站及相关设备设计

2.1引言

2.2液压支架的工作特性

2.2.1液压支架的作用及分类

2.2.2液压支架的运动分析

2.2.3液压支架与采煤机速度匹配分析

2.3乳化液泵站设计

2.3.1乳化液泵站液压系统工作原理

2.3.2乳化液泵站主要参数计算

2.3.3乳化液泵站自动监控系统设计

第三章泵站控制系统的理论依据

3.1泵站控制系统的原理和结构

3.1.1顺序控制系统

3.1.2反馈控制系统

3.2乳化液泵站的控制系统设计

3.2.1系统控制参数的选取原则

3.2.2系统控制装置的选择

3.3可编程器控制系统与其它控制系统的比较

3.3.1与继电器控制系统的比较

3.3.2与无触点控制系统的比较

3.3.3与计算机控制系统的比较

3.4乳化液泵站集散控制系统的建立

3.4.1集散控制系统的功能和意义

3.4.2基于集散控制方式的PLC网络设计

第四章乳化液泵站硬件设计

4.1控制系统的功能及硬件结构

4.1.1乳化液泵站主站控制

4.1.2乳化液泵站从站控制

4.2可编程控制器选型

4.2.1 PLC的结构及工作原理

4.2.2泵站控制系统的PLC设计

4.3传感器的设计选型

4.4输入输出隔离电路设计

4.4.1开关量输入隔离电路设计

4.4.2开关量输出隔离电路设计

4.4.3模拟量输入隔离设计电路

4.5乳化液泵站控制系统实验室组成

4.5.1控制装置及外围电路设计

4.5.2控制面板设计

第五章控制系统PLC程序设计

5.1主站控制系统程序设计

5.1.1初始化程序设计

5.1.2文本显示程序设计

5.1.3加载/卸载程序设计

5.1.4运行模式循环

5.1.5故障处理程序设计

5.2从站控制系统程序设计

5.2.1从站初始化程序设计

5.2.2从站文本显示程序设计

5.2.3从站控制程序设计

5.3主、从站通信设计

5.3.1主、从站通信协议选择

5.3.2主、从站通信设计

5.4软件设计中需注意的问题

第六章全文总结

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间发表的论文