乳化液自动配比及输送系统1 立项背景乳化液作为液压传动的一种工作介质，由于它的粘度小、防腐、防锈、润滑、难燃、价廉等特点在煤矿井下得到了广泛的推广和应用。

随着煤炭行业迅速发展，综采工作面高产高效的要求，乳化液的需求量也随之增加。

带动乳化液配比方法也由人工配比逐渐向自动化配比方向发展。

从乳化液使用过程中存在的问题，可以看出绝大部分原因是由乳化液浓度不合要求引起。

而乳化液的浓度作为衡量乳化液配制质量的一个重要指标，主要决定于乳化液的配比方法。

乳化液的配比方法与煤矿生产的效益和自动化水平的提高密切联系，为适应综采工作面高产高效的发展以及能够配制出高质量的乳化液，国内外乳化液的配比已经由人工地面混和、手控配液，发展到自动配液。

入混合室在该处造成真空，将抽吸乳化油到主喷射流中，使中性水与乳化油充分混合成一定浓度的乳化液。

为调节浓度，在被引射的乳化油管路上设置了可变节流装置。

这种方式依靠操作者按经验调节浓度，所配制的乳化液精度也很差。

分散型自动配液。

一般采用以浮子阀取代了手控配液方式中的截止阀，自动根据液位配制乳化液，在低液位时系统连通，向乳化液箱注液；当液位达到控制的最高液位时系统自动关闭，停止向乳化液箱注液。

在注液过程中能自动完成乳化油和中性水的混和，并且浓度按使用要求可以调节，配比稳定，工作性能及动作稳定、可靠，使用寿命长。

该方法操作简单方便，已开始在乳化液泵站上推广使用，无锡煤矿工程机械装备有限公司生产的VRB乳化液泵站、GRB乳化液泵站都使用了这种配液方式。

针对目前煤矿以上乳化液配比方法的不足的现状，本课题研究开发了乳化液自动配比系统，提出了无人值守自动乳化液配比装置。

该系统不仅能够实现乳化液配比的全自动化，而且所配乳化液的质量较高，浓度能够满足《煤矿安全规程》的要求。

解决了目前困挠煤矿生产的乳化液配比问题，它既可以独立使用进行乳化液配制也可以与大型乳化液泵站配合使用向综采工作面提供动力乳化液。

这对于提高煤矿生产的效益具有极为重要的意义。

2 系统工作原理及组成2.1 工作原理乳化液自动配比及输送系统由串联反冲过滤器2组、带液位指示的乳化油箱、乳化液自动配比系统、乳化液箱、乳化液输送系统和乳化液箱远程信号检测装置等组成。

其系统组成原理图如图1所示。

乳化液自动配比系统主要由齿轮泵、单向阀、自力式流量控制阀、紊流乳化器乳和电磁阀等组成。

是通过乳化油箱出口处的流量变化，经微电子电路处理为控制信号，再通过调节进水口稳流阀自动调节乳化液浓度的完全自动化乳化液自动配比系统。

流量传感器及液位传感器作为反馈装置把采集到的信号送给PLC 控制系统，控制系统接受信号，对信号进行处理后对稳流阀发出信号，收到信号后自动调整其输出使其达到规定的要求。

在进行乳化液的配制时，采用容积式定比配制的原理，在保持水流量稳定的基础上，只控制乳化油的进油量。

这样通过调节乳化油流量使其与水流量为一定比值，就可实现乳化液浓度的定比配制。

乳化液输送系统：用于将配制好的乳化液送至上、下位工作面乳化液液箱。

主要由输送泵、电动机、流量计和电磁阀等组成。

该系统以PLC为控制核心，以乳化液自动配比装置为执行机构，以流量传感器、液位传感器反馈装置。

其工作原理为：以电磁阀来控制水源的通断，用流量传感器对水流量进行实时检测，不同的流量值经过传感器后，输出相应的电信号，电信号经A/D转换器转换成数字信号以后，送入PLC进行处理。

在PLC控制下，系统把浓度变送器浓度值与事先给定系统的浓度值0.6%和1%）进行比较，如果浓度值小于0.6%，PLC向变频器输出信号，通过变频器控制电动机从而来调节齿轮泵的转速使其增大，这样也就使得乳化油的进油量增大。

由于清水流量保持不变，乳化油的流量增大会使乳化液浓度增大。

同理，如果经比较，乳化液的浓度大于1%，那么，PLC输出信号，使其减小，使乳化油的进油量减少，从而使乳化液的浓度降低。

如此循环检测、比较、控制、调节，使乳化液浓度稳定在给定的0.6%～1%范围内。

1-截止阀 2串联的2组反冲过滤器3-稳流阀 4-速比调节5-流量计 6-输送泵7-电动机 8-单向阀 9-电磁阀图1 乳化液自动制备系统原理简图该系统还可对乳化液箱和乳化油箱的液位进行自动控制，有效地避免了油箱和液箱的吸空或乳化液外溢。

当乳化液达到高液位时，乳化液箱液位传感器发出电信号，PLC接收信号，使电磁阀失电、齿轮泵停止工作，配比工作停止；当乳化液用至低液面时，乳化液箱液位传感器又发出电信号，PLC接收信号，使电磁阀得电、齿轮泵开始工作，配比工作开始，向乳化液箱补充乳化液。

当乳化油箱乳化油短缺时，乳化油箱液位传感器就会发出信号给系统，提醒工作人员加油。

系统的控制原理框图如图2所示。

图2系统控制原理框图2. 2 检测装置（1）流量实时检测根据现场实际情况可选择电磁流量计或者普通流量计。

LDY-S一体型电磁流量计（如图3所示）检测自来水的流量，电磁流量计测量原理基于法拉第电磁感应原理定律。

流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。

两只电极沿管径方向穿通管壁固定在测量管上。

其电极头于衬里内表面基本齐平。

励磁线圈由双方向脉冲励磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一磁通量密度为B的工作磁场。

此时，如果具有一定电导率的流体流经测量管，将切割磁力线感应出电动势E。

电动势E正比于磁通量密度B，测量管内径d与平均流速v的乘积，电动势E（流量信号）由电极检测出并通过电缆送至转换器。

转换器降电流信号放大处理后，可显示流体流量，并输出脉冲，模拟信号电流等信号。

图3 LDY-S一体型电磁流量计优点:(1)测量通道是段光滑直管,不会阻塞,适用于测量含固体颗粒的液固二相流体,如纸浆、泥浆、污水等；(2)不产生流量检测所造成的压力损失,节能效果好；(3)所测得体积流量实际上不受流体密度、粘度、温度、压力和电导率变化的明显影响；(4)流量范围大,口径范围宽；(5)可应用腐蚀性流体。

（2）液位实时检测本系统中采用的液位传感器用于检测乳化油油池和乳化液液池液位高度，输出量为开关量的浮球式液位传感器。

在对乳化油池液位进行监控时，采用一个控制点，对其高低液位进行控制，当乳化油达到低液位时报警，提示工作人员加油。

监控乳化液液池液位时，采用两个控制点，对高、低液位进行控制。

当乳化液达高液位或低液位时均需报警提示，据此系统作出相应的处理。

这种浮球液位控制器与液体接触部分均采用不锈钢材料制造，外表经抛光处理，抗腐蚀能力强，卫生清洁，便于清洗，且电器控制部分不直接与液体接触，从而达到安全，可靠的目的。

2.3紊流乳化器紊流乳化器在乳化液自动配比系统是最为关键的元件。

乳化液配制质量的好坏很大程度上是由乳化器来决定的。

设计乳化器时，充分考虑了乳化液配制机理，利用了两相流技术和紊流原理。

它主要由多块多孔阻尼板构成。

乳化油和清水流过乳化器中的阻尼板时，紊流加剧，形成各种不同尺度的漩涡，伴随着涡的强烈脉动，乳化油和水向各个方向扩散、混掺和传输，在强漩流作用下聚集中一起的大滴乳化油被击碎形成小滴乳化油均匀地分散在水中。

2. 4 PLC控制系统PLC控制系统主要实现乳化液的自动配比，包括PLC及其扩展模块，各种控制电路、输出控制继电器等。

控制电路主要由PLC、LCD显示终端、中间继电器、控制按钮、仪表及柜体等组成。

PLC为系统控制核心，本控制系统选择西门子公司S7-200系列CPU224型PLC，结合EM235模拟量扩展模块作为控制器。

CPU扩展配置如图6所示。

S7-200 CPU224除具有一般的逻辑处理功能外，还具有较强的数据运算与处理能力，其由机架、CPU、开关量I／O、模拟量输入、电源、通信等模块构成。

由于现场电源（一般为AC660V）经过变压器可得到ACl27V、DC24V、DC36V等几种电压，考虑到模块的互换性与统一性，在现场设备与PLC的I／O 之间采用中间继电器传送和隔离信号。

这样，PLC的开关量I/O模块的输入输出可采用统一电压，还降低了由于现场设备的故障和电磁干扰等因素使得PLC的I/O口损坏与输入信号发生错误的可能性。

模拟量输入模块EM235为标准4～20mA 电流型，可有效抑制现场的电磁干扰。

运行参数显示采用工业级触摸式LCD显示终端来完成，其与PLC均内置相同的通信协议，以实现两者之间高速可靠的通信。

对于液位等重要的数据，首先送至仪表报警显示装置，再送至PLC进行处理，其余的参数和状态均经PLC处理后由LCD显示终端显示。

控制柜柜体面板陈设有手动控制、自动控制的选择开关，使有关人员操作、维修方便。

根据乳化液自动配比系统功能要求及现场工况，本控制系统电路可分为：主控电路、信号检测处理电路、输出驱动电路、抗干扰电路、漏电保护电路等。

各组成电路之间通过接口连接，形成完整的电控系统。

2.5系统功能✧实行在线监控。

监控系统对自动配比设备运行实行在线监控，并具有自诊断功能。

✧控制灵活。

可实现多种控制方式之间的切换，应用于不同的工作环境下。

✧系统最为显著的特点就是实现乳化液的自动配比，同时还可对乳化油箱和乳化液箱的液位进行监测。

这不仅提高了煤矿生产的自动化水平。

还确保了乳化液的浓度，保护了液压系统各工作元件。

✧系统采用了专用的油水混合器—紊流乳化器来进行乳化液的配制，使配制的乳化液均匀、稳定，大大提高了乳化液的配制质量。

✧为适应不同煤矿对乳化液浓度的需求，只需改变系统设定的浓度值，就可改变所配制的乳化液的浓度。

达到了一套系统可多矿使用的效能。