专利名称：矿用乳化液泵站智能控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种矿用乳化液泵站智能控制装置，用于对矿用乳化液泵站的智能控 制。
背景技术：
当今社会进入“低碳经济”时代，节能与环保越来越受到人们的重视。煤矿生产， 安全为天。为了确保生产安全，有许多井下安全设备都是24小时连续运转的，比如为采煤 工作面的液压支架提供动力的乳化液泵站。长期的连续工作不仅消耗大量电能，还使系统 大量发热，长时间高压溢流加大了设备的机械磨损和缩短了使用寿命，同时也增加了设备 和人员的安全隐患。人工配液操作也容易使乳化液浓度配比不准，从而危害工作面的液压 支架，使其故障率增加、使用寿命缩短。目前，这样的设备状况在全国各地的煤矿普遍存在。而采用新的变频型智能化泵 站系统的造价过高(是现行泵站的几倍)，而且要淘汰旧的设备，造成资源上的很大浪费。
发明内容
本发明旨在提供一种矿用乳化液泵站智能控制装置，以解决现有技术存在的设备 工作强度大、耗能高、故障率高、使用寿命短、存在安全隐患；以及人工配液不准，容易造成 系统锈蚀的问题。达到节能降耗、提高系统可靠性和大大延长设备使用寿命的目的。本发明的技术方案是包括智能控制装置主件和附件，所述的智能控制装置主件 包括配液箱组件、储能器、输出压力传感器和隔爆智能控制器，该配液箱组件包括乳化油 箱、清水过滤器、配液泵、乳化油过滤器、配液电磁阀、配液泵状态传感器和乳化油液位传感 器，配液泵的油入口通过乳化油过滤器与乳化油箱连接，一清水入口通过串联的清水过滤 器和配液电磁阀与配液泵的水入口连接，该配液泵的出口作为乳化液出口 ；在该配液泵装 有配液泵状态传感器，在该乳化油箱上安装乳化油液位传感器，该配液泵状态传感器、乳化 油液位传感器和输出压力传感器分别与隔爆智能控制器的不同输入端连接，该隔爆智能控 制器的另一输入端作为传感器接口 ；该隔爆智能控制器的一个输出端与该配液电磁阀的控 制端连接，该隔爆智能控制器的多对其他输出端的每一对输出端分别为乳化液泵控制接口 和卸载电磁阀接口 ；该输出压力传感器与储能器的接口连接并作为压力输出管线接口 ；该附件包括乳化液液位传感器和连接在矿用乳化液泵站的每一乳化液泵出口的 卸载电磁阀，所述的隔爆智能控制器的传感器接口与该乳化液液位传感器连接，每一所述 的隔爆智能控制器的卸载电磁阀接口与每一该卸载电磁阀的控制端连接。所述的隔爆智能控制器采用以可编程逻辑控制器为核心的控制器，并安装在隔爆 壳体内，在该隔爆智能控制器的隔爆壳体上设有功能键。本发明的有益效果是该装置通过PLC的程序设置，实现了乳化液泵的卸载启动， 达到了启动电流小，对电网冲击小，电机平稳起动，对电机进行有效的保护；将精密比例泵 与传感器改造结合，保证了乳化液浓度精确配比，减少了矿用浓度传感器的高价投入；在使
3用中实现多泵一箱的合理配置，自动分配每泵运行时间，延长乳化液泵的使用寿命；自动记 录乳化液各泵的工作时间，根据现场工作要求显示节电效果；结构合理，外观简易，进出线 路方便。
图1是本发明的总体构成示意图；图2是本发明的外形结构主视图；图3是图2的左视图；图4是本发明隔爆智能控制器的电路图；图5是本发明应用于矿用乳化液泵站的系统构成示意图；图6是本发明的隔爆智能控制器的电路连接图。附图标记说明1、隔爆智能控制器，2、配液箱组件，3、乳化油箱，4、储能器，5、回 液过滤器，7、配液泵，8、乳化液箱，9、功能键，10、显示器，11、第一乳化液泵，12、第二乳化液 泵，13、第三乳化液泵，14、乳化液过滤器，15、乳化油过滤器，16、压力表，17、清水过滤器， 18、压力输出管线，QD1、第一磁力启动器，QD2、第二磁力启动器，QD3、第三磁力启动器，A、清 水入口，B、工作面压力接口，C、支架回流接口，D、乳化液出口，E、电源接口，F、压力输出管 线接口，G、传感器接口，Ml、第一乳化液泵电机，M2、第二乳化液泵电机，M3、第三乳化液泵电 机，VI、第一卸载电磁阀，V2、第二卸载电磁阀，V3、第三卸载电磁阀，V4、配液电磁阀，LL、配 液泵状态传感器，Pa、输出压力传感器，Pb、乳化液液位传感器，Pc、乳化油液位传感器，P1、 智能控制装置主件，P2、智能控制装置附件，K、单向阀，Y、梭阀。
具体实施例方式参见图1 图4，本发明包括智能控制装置主件P1和附件P2，所述的智能控制装 置主件P1包括配液箱组件2、储能器4、输出压力传感器Pa和隔爆智能控制器1，该配液箱 组件2包括乳化油箱3、清水过滤器17、配液泵7、乳化油过滤器15、配液电磁阀V4、配液泵 状态传感器LL和乳化油液位传感器Pc，配液泵7的油入口通过乳化油过滤器15与乳化油 箱3连接，一清水入口 A通过串联的清水过滤器17和配液电磁阀V4与配液泵7的水入口 连接，该配液泵7的出口作为乳化液出口 D ；在该配液泵7装有配液泵状态传感器LL，在该 乳化油箱3上安装乳化油液位传感器Pc。该配液泵状态传感器LL、乳化油液位传感器Pc 和输出压力传感器Pa分别与隔爆智能控制器1的不同输入端连接，该隔爆智能控制器1的 另一输入端作为传感器接口 G ；该隔爆智能控制器1的一个输出端与该配液电磁阀V4的控 制端连接；该隔爆智能控制器1的多对其他输出端的每一对输出端分别为乳化液泵控制接 口(al、a2、a3)和卸载电磁阀接口(bl、b2、b3)；该输出压力传感器Pa与储能器4的接口 连接并作为压力输出管线接口 F。该附件P2均安装在一套乳化液箱8上，包括乳化液液位传感器Pb和连接在矿用 乳化液泵站的每一乳化液泵出口的卸载电磁阀(第一 第三卸载电磁阀V1-V3)，所述的隔 爆智能控制器1的传感器接口 G与该乳化液液位传感器Pb连接，每一所述的隔爆智能控制 器1的卸载电磁阀接口 bl、b2、b3与每一该卸载电磁阀V1-V3控制端对应连接。所述的隔爆智能控制器1采用以可编程逻辑控制器为核心的控制器，并安装在隔
4爆壳体内(参见图2和图3)，在该隔爆智能控制器1的隔爆壳体上设有功能键9。隔爆智 能控制器1的主要部件包括PLC可编程序控制器U1、模拟量功能扩展模块U2、显示屏XL、 中间继电器K1 K7、稳压电源SI、交流接触器KD、熔断器RL1 RL5、空气断路器QF、停止 按钮1AT、启动按钮2AQ、屏幕切换按钮QH。常规连接。参见图5和图6，是本发明在应用时，与乳化液泵站配套安装，用于控制乳化液泵 站的工作。被控制的每一乳化液泵站结构形式不尽相同，但大同小异。乳化液泵站一般由 1 3组乳化液泵组件(该实施例为两组，根据需要也可增加第三组，以下以三组乳化液泵 组件为例进行说明)，每一乳化液泵组件由一台磁力启动器QD、一台乳化液泵和与该乳化 液泵的出口串联的单向阀K组成，均安装在一套乳化液箱8上。三组乳化液泵组件包括三 台乳化液泵11 13和三台磁力启动器QD1 QD3。排量较大的泵站系统也有配3台乳化 液泵和两个乳化液箱的，但用量不多，常规的为两乳化液泵和一乳化液箱，第三套空余不接 即可。磁力启动器QD的输出端与乳化液泵的驱动电机M连接，乳化液泵的吸液口与乳化液 箱8连接，该乳化液泵的排液口通过单向阀K与压力输出管线18连接。在乳化液箱8上还设有新配比乳化液入口 H和回液接口 C，在回液接口 C内连接有 相互并联的回液过滤器5和一个回液单向阀。在该新乳化液入口 H内连接有乳化液过滤器 14，该乳化液入口 H通过管道与本发明的乳化液出口 D连接。本发明的压力输出管线接口 F与泵站的压力输出管线18的一端连接，压力输出管 线18的另一端为压力输出口作为工作面接口 B。本发明的乳化液液位传感器Pb安装在乳化液箱8上。本发明的三个乳化液泵控制接口 al、a2和a3分别与三台乳化液泵11 13的三 台磁力启动器QD1 QD3的“远程”控制端子对应连接。本发明的第1 第3卸载电磁阀VI V3的两端分别连接在三台乳化液泵11 13的排液输出端和乳化液箱8之间。本发明的特点在于1)不改变原乳化液泵站的基本功能，在原泵站的基础上，通过原隔爆启动器上的 “远程”控制端子，实现智能控制。并可随时改回“近程”控制，恢复成原来的工作方式；2)每台泵增加液压卸载阀，当某泵启动时自动打开该泵的卸载阀，给电机卸载，电 机达到转速后关闭卸载阀，使泵站平稳启动运行。避免带负荷启动时机械、电气冲击对设备 及电网造成的损害；3)增设较大容量储能器储存富余液压能，当泵停止工作时为系统提供压力，延长 停机时间，减少频繁启动；4)以连续变化的模拟量方式进行适时数据采集。采用高精度隔爆压力传感器、流 量传感器对运行中泵站的主要参数(压力、液位、流量)适时采集，经PLC综合分析判断后 发出控制指令；5)增加容积式配液泵7，该泵无需电力驱动，由0. 03 0. 6MPa清水压力驱动，配 比浓度可在1 5%范围内任意设定，配比精度不受水压波动的影响。乳化液自动精确配比 控制，保证整个液压系统良好的内部环境，减少设备故障，延长设备寿命；6)采用PLC，还包括智能控制装置组件对泵站进行全面控制，在保证安全生产的 前提下，最大限度减少开泵时间，达到节电和减少设备磨损、延长使用寿命的目的。彻底改变原泵站24小时连续运转，靠溢流阀控制系统压力，造成大量能源浪费的不良状况；7)软件编制独特，PLC的控制程序充分拓展PLC功能，使该控制装置有独到的智能 控制性能。其主要特点和功能如下a.自动控制主要有系统压力自动控制、乳化液液位自动控制、配液自动控制、各 泵运行时间自动平衡匹配、自动加泵控制；主要运行数据自动记录、统计及显示；乳化液泵 站节电率自动统计、计算、显示；乳化液消耗量自动记录；乳化液泵站运行时间自动记录； 当前日期、时间显示；b.具有综合故障诊断功能，可诊断出各种常见故障，并分级别警示、报警，紧急情 况下自动停机系统压力欠压、过压警示；乳化液缺液、过满警示；乳化油缺液、过满警示； 频繁启动诊断，储能器氮气泄漏报警；配液故障诊断、断水报警并停止配液；乳化液缺液 (吸空)保护，报警、停机；爆管诊断、报警、停机；8)采用5.6"彩色液晶显示屏，独特的显示画面，使泵站的运行状态一目了然；分 2屏显示，第一屏显示泵站运行状态(见图片1)有3个模拟量棒图显示条，分别表示系统 压力、乳化液液位和乳化油液位；3个带有汉字显示的指示灯，分别表示系统压力欠压、正 常、过压，乳化液液位缺液、正常、过满，乳化油液位缺液、正常、过满；1#泵、2#泵“运转”、 “停止”状态指示，各泵连续运转时间、累计运转时间显示，昨日节电率显示；配液泵“启动”、 “停止”状态显示，配液计量显示；屏的右上方以“走马灯”方式用不同颜色显示警示、报警 信息。第二屏显示计算统计数据(见图片2)各泵上月累计、总累计节电率显示；乳化液本 月、上月、总累计消耗量显示；设备总计运行天数显示；节电量计算公式及适时日期、时间 显不；9)该装置采用市场流行、技术比较成熟的通用材料、元器件。在满足技术要求前提 下尽量避免昂贵原材料的使用，有效控制成本，充分发挥普通材料、器件性能和功能。与同 类产品相比，装置整体有较高的性价比。本发明的工作原理是1.压力控制回路在去工作面的压力管线24路上安装的压力传感器Pa，第一乳化 液泵11 (以下简称1#泵)，第二乳化液泵12 (以下简称2#泵)当满足条件1)启停控制当Pa <启动压力时，启动1#泵(或2#泵)；当Pa>停止压力时，停止1#泵(或2#泵)的运行。2)补泵控制程序设有补泵定时(T104)和补泵压力点，当补泵定时超时Pa <补泵压力，启动另一台泵2#泵(或1#泵)；Pa >停补泵压力，停止补泵运行(2#泵或1#泵)。3)两泵均衡运行每泵(1#泵和2#泵)设置有运行时间计数器，停机后上次的数据被累计，当系统 压力再次满足启动条件时1#泵运行时间> 2#泵运行时间，启动2#泵；1#泵运行时间< 2#泵运行时间，启动1#泵。4)卸载启动每台泵配有启动定时器和对应的卸载阀，当需要某泵启动时，先打开该泵的卸载阀，电机达到额定转速后关闭卸载阀，给电机加载，避免电机带负荷启动产生 的机械冲击和对电网的电流冲击。卸载时间根据电机的大小具体设定。5)泵站频繁启动判断和处理当储能器4失效，系统压力将异常波动，程序设有单 位时间启动次数记录，当超过设定值时，屏幕给出“启动频繁，请检查储能器氮气压力！，，的报警。2.配液控制回路配液回路由配液泵7、配液泵状态传感器LL、乳化液液位传感器 Pb、乳化油液位传感器Pc、电磁阀V4及乳化油箱3等组成，自动完成配液、补液过程。当满 足条件l)Pb <补液液位，电磁阀V4打开，开始配液并向乳化液箱8补液；2)Pb >停补液，电磁阀V4关闭，停止配液；3)Pb <缺液液位，关闭乳化液泵11、12，同时屏幕发出红色报警“乳化液缺液，系 统停机。请检查系统！ ”；4)Pb >过满液位，显示器XL显示乳化液“过满”的黄色提示；5)Pc <缺液液位，关闭电磁阀V4，停止配液。显示器XL显示黄色警告“乳化液缺 液，系统停机。请检查系统！ ”；6)Pc >过满液位，屏幕显示乳化油“过满”的黄色提示；7)配液水路故障当电磁阀V4打开，配液启动，传感器LL没有信号返回，显示器 显示桔黄警示条“配液故障，请检查水路！，，3.显示器显示采用5. 6时彩色人机界面，有两屏显示内容
第一屏，运行状态显示1)乳化液液位棒图显示、百分比数字显示及乳化液液位“正常”、“过满”、“缺液”显 示；2)压力棒图显示、压力数字显示及压力“正常”、“过压”、“欠压”显示；3)乳化油液位棒图显示、百分比数字显示及乳化油液位“正常”、“过满”、“缺液”显 示；4)配液电磁阀V4的“启动”、“停止”显示；5)配液泵7的工作状态显示；6)以“走马灯”方式显示各报警信息；7) 1#泵的运行状态“运转”、“停止”，连续运行时间、累计运行时间、节电率；8) 2#泵的运行状态“运转”、“停止”，连续运行时间、累计运行时间、节电率。第二屏，运行数据统计1)节电率统计1#泵上月节电率％、总累计％2#泵上月节电率％、总累计％2)乳化液消耗量统计本月、上月、总累计乳化液消耗量(升)3)单台泵节电计算公式节电量(度)=电机额定功率X节电率(％)X24(小时)4)当前日期、时间显示
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5)设备累计运行时间自动统计累计运行天数，只要送电运行就有运行记录。4.自诊断、报警、警示程序对系统运行状态有故障自诊断功能，通过对各传感器 采集的信息进行分析，及时发现故障，并根据故障的紧急程度，分别用红色、黄色、桔黄色以 “走马灯”方式显示汉字报警内容，指导操作人员排除故障。特殊故障直接停机，等待维修人 员处理，大多数故障不用关闭系统，故障排除后自动恢复运行。1)没有故障时显示“系统工作正常！ ” ；2)当乳化液泵在单位时间启动次数超过设定值时，显示“启动频繁，请检查储能器 氮气压力！ ” ；3)当乳化油液位低于缺液值时，显示“乳化油缺液，请补乳化油！，，；4)当配液电磁阀V4打开而配液泵7没有工作时，显示“配液故障，请检查水路！ ”;5)当乳化液箱液位低于缺液值(液面低于泵的吸液口)时，显示“乳化液缺液，系 统停机。请检查系统！ ”；6)当乳化液缺液同时压力欠压时，显示“爆管！系统停机。请检查管路！ ”。5.配液泵7 高精度定容积配液泵，水力驱动，无需电源。只需水自身的压力便可 工作。配比精度不受水压影响，只要流出单位容积的水，就能配入设定比例的乳化油。停水 自动停止配液。a.清水工作压力0. 03 0. 6MPab.水流量10 2500L/h (配比能力最高可达每小时2500升)c.配比范围1_5% (乳化油的比例设定可调)本发明可实现以下功能1、以可编程序控制器(PLC)，作为核心处理器，进行精确数据处理和判断分析，实 现系统智能控制；2、高精度、高可靠的乳化液浓度配比。采用无电机驱动的高精度定量配比泵，自动 按需配液。配比浓度值可在1 5%任意调节；3、在满足工作面所需的系统压力和流量的前提下，减少或停止泵的工作，从而达 到节能降耗和延长设备使用寿命的目的(当泵停止工作时由储能器提供系统压力)。根据 采煤工作面对液压系统的实际使用情况，节电量一般都能达到40%以上；4、电机空载启动。当需要泵工作时，先打开电磁卸载阀，卸掉该泵的压力再启动电 机，使该泵空载启动，达到预定转速后再加载，使设备工作于良好状态，也减少了大设备启 动对电网的冲击，同时也有效的保护了电机；5、彩色显示屏。以直观鲜亮的彩色屏幕显示液压系统的工作状态，各种主要工作 参数的随机变化一目了然，并将各传感器采集信号及工作现状进行计算、分析的结果以警 示语的方式提示操作人员。节能数据随机显示；6、存储1年以上设备工作数据及节能数据，以备查询；7、操作简单，智能化程度高。只有3个操作按钮“系统启动”、“系统停止”和“屏 幕切换”，所有动作自动完成；8、外观简捷小巧，结构新颖合理，线缆引入装置全部排在配液箱内部，线缆管路都 从箱体底部引出，从而使装置外观非常整洁；
9、结构组成简单，工程造价低，节能效果显著。节电量根据现场的使 用情况不同， 一般在30 40%。以排量为200L/min泵站为例，配用125kW电机，半年节约的电费可以返 回设备款。
权利要求
一种矿用乳化液泵站智能控制装置，其特征在于，包括智能控制装置主件和附件，所述的智能控制装置主件包括配液箱组件、储能器、输出压力传感器和隔爆智能控制器，该配液箱组件包括乳化油箱、清水过滤器、配液泵、乳化油过滤器、配液电磁阀、配液泵状态传感器和乳化油液位传感器，配液泵的油入口通过乳化油过滤器与乳化油箱连接，一清水入口通过串联的清水过滤器和配液电磁阀与配液泵的水入口连接，该配液泵的出口作为乳化液出口；在该配液泵装有配液泵状态传感器，在该乳化油箱上安装乳化油液位传感器，该配液泵状态传感器、乳化油液位传感器和输出压力传感器分别与隔爆智能控制器的不同输入端连接，该隔爆智能控制器的另一输入端作为传感器接口；该隔爆智能控制器的一个输出端与该配液电磁阀的控制端连接，该隔爆智能控制器的多对其他输出端的每一对输出端分别为乳化液泵控制接口和卸载电磁阀接口；该输出压力传感器与储能器的接口连接并作为压力输出管线接口；该附件包括乳化液液位传感器和连接在矿用乳化液泵站的每一乳化液泵出口的卸载电磁阀，所述的隔爆智能控制器的传感器接口与该乳化液液位传感器连接，每一所述的隔爆智能控制器的卸载电磁阀接口与每一该卸载电磁阀的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的矿用乳化液泵站智能控制装置，其特征在于，所述的隔爆智 能控制器采用以可编程逻辑控制器为核心的控制器，并安装在隔爆壳体内，在该隔爆智能 控制器的隔爆壳体上设有功能键。
全文摘要
一种矿用乳化液泵站智能控制装置，包括智能控制装置主件和附件，该智能控制装置主件包括配液箱组件、储能器、输出压力传感器和隔爆智能控制器，该配液箱组件包括乳化油箱、清水过滤器、配液泵、乳化油过滤器、配液电磁阀、配液泵状态传感器和乳化油液位传感器。该附件包括乳化液液位传感器和卸载电磁阀，所述的传感器接口与该乳化液液位传感器连接，每一卸载电磁阀接口与每一该卸载电磁阀控制端连接。本发明的优点是该装置通过智能控制装置组件的程序设置，实现了乳化液泵的卸载启动，达到了启动电流小，对电网冲击小，电机平稳启动；保证了乳化液浓度精确配比，降低了成本；延长了乳化液泵的使用寿命；结构合理，外观简易，进出线路方便。
文档编号F04B49/06GK101858337SQ20101017178
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者周和平, 王志敏 申请人:周和平;王志敏