一、國內(nèi)外主流供液系統(tǒng)
國外主流供液系統(tǒng)主要有3家：英國雷波（RMI）、德國卡馬特（KAMAT）和豪辛柯（Hauhinco）。三家系統(tǒng)在硬件設(shè)備、結(jié)構(gòu)功能上大同小異、各有千秋，其乳化液泵設(shè)計(jì)制造水平和發(fā)展方向一直處于行業(yè)領(lǐng)先水平，控制系統(tǒng)也代表了國際乳化液泵站控制系統(tǒng)的整體水平。
1.雷波供液系統(tǒng)
目前國內(nèi)使用的RMI泵站控制系統(tǒng)基于CANBUS總線設(shè)計(jì)，采用分布式對4臺(tái)乳化泵和1個(gè)乳化液箱進(jìn)行控制和檢測。該系統(tǒng)可設(shè)置為2種模式（自動(dòng)和手動(dòng)），自動(dòng)模式下可實(shí)現(xiàn)集中控制（控制臺(tái)集控），手動(dòng)模式下可實(shí)現(xiàn)就地控制。乳化液箱通過控制注液電磁閥開關(guān)利用混液器液力驅(qū)動(dòng)完成固定濃度的乳化液配制。
為適應(yīng)大采高工作面，雷波研制推出了雷波壓力系統(tǒng)（RMI Pressure Systems），其中乳化液泵使用五柱塞代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三柱塞，使單臺(tái)泵達(dá)到更大的流量(340-1080l/min)和更高的壓力(19-100MPa)，高壓力大流量泵在壓力穩(wěn)定性、維護(hù)要求、噪聲方面更有優(yōu)勢，更適合用于多塵環(huán)境或更惡劣的環(huán)境，雷波壓力系統(tǒng)通過減少電機(jī)的規(guī)模，提高可靠性和整體效率，節(jié)省功耗可以達(dá)到40%，減少停機(jī)時(shí)間和維護(hù)時(shí)間，該系統(tǒng)均衡考慮節(jié)能與泵壽命，達(dá)到利潤最大化。
2.卡馬特供液系統(tǒng)
目前國內(nèi)使用的KAMAT供液控制系統(tǒng)基于BUS總線，采用分布式可實(shí)現(xiàn)對4臺(tái)乳化泵、2臺(tái)預(yù)增壓泵和2個(gè)乳化液箱進(jìn)行控制和檢測。每臺(tái)乳化液泵的控制回路中裝備有一個(gè)電動(dòng)卸載閥和一個(gè)彈簧加載溢流閥。每1個(gè)液箱有1個(gè)離心預(yù)增壓泵以提供4臺(tái)乳化液泵中的2臺(tái)乳化液。
系統(tǒng)控制模式主要分為：①集中控制；②本地控制；③急?？刂?；④閉鎖控制；⑤單點(diǎn)控制，每臺(tái)泵可在控制臺(tái)或者本地進(jìn)行手動(dòng)控制。乳化液箱完成乳化液配制功能：清水通過混液器自動(dòng)配制乳化液，濃度通過齒輪設(shè)定。系統(tǒng)設(shè)有上位機(jī)，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測顯示。
為適應(yīng)工作面推進(jìn)速度的提升，卡瑪特研制出更加穩(wěn)定的大流量（641-1360L/Min）高壓力（36-42MPa）乳化液泵，憑借傳動(dòng)系統(tǒng)柔軟的懸掛將振動(dòng)和噪音最小化，并且配備了可平滑動(dòng)作的卸載閥，可卸載最大流量為1500 L/min和壓力50 MPa。此外，卡瑪特作為乳化液泵使用變頻器的先驅(qū)者，利用變頻技術(shù)根據(jù)工作面用液量變化及時(shí)調(diào)整泵的轉(zhuǎn)速。卡瑪特在乳化液配制系統(tǒng)中使用包括PH值和電導(dǎo)率的乳化液質(zhì)量監(jiān)控，保證合理的PH值和電導(dǎo)率，避免乳化液中滋生細(xì)菌，對系統(tǒng)造成危害。
3.豪辛柯供液系統(tǒng)
Hauhinco泵站控制系統(tǒng)采用集散式控制對設(shè)備進(jìn)行集中控制與管理，將所有的控制點(diǎn)和檢測點(diǎn)直接與電纜連接到控制臺(tái)的控制單元上，在本地?zé)o法對設(shè)備進(jìn)行就地控制。系統(tǒng)對4臺(tái)乳化泵和1個(gè)乳化液箱進(jìn)行控制和檢測，控制模式分為單泵控制和成組控制。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置了高壓反沖洗過濾站，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
為適應(yīng)遠(yuǎn)程高壓供液，豪辛柯研制了Hy Pres管路系統(tǒng)。該系統(tǒng)降低了管路壓力損失，比高壓膠管更具有優(yōu)勢，可使遠(yuǎn)程高壓供液距離達(dá)到4000米，不僅解決了大部分井下長距離供液難題，而且也提高了工作面的生產(chǎn)效率。
4.國內(nèi)供液系統(tǒng)
國內(nèi)現(xiàn)有眾多的廠商生產(chǎn)和研發(fā)工作面供液系統(tǒng)，如潞安華億、三一重工、南京六合、無錫煤機(jī)、山東博山以及北京天瑪公司等等。國內(nèi)自主研制的乳化液泵與國外最高水平略有差距，額定流量和壓力只能達(dá)到500L/min、40MPa的技術(shù)參數(shù)，近年來實(shí)現(xiàn)了630L/min、40MPa的技術(shù)突破。但國內(nèi)各個(gè)廠商在控制架構(gòu)和設(shè)備配置方面取長補(bǔ)短，開發(fā)出更適應(yīng)中國煤炭行業(yè)的功能結(jié)構(gòu)。根據(jù)國內(nèi)大部分綜采工作面需求，國內(nèi)供液系統(tǒng)基本采用與國外相同的多泵多箱設(shè)備配置，采用分布式控制架構(gòu)，分別設(shè)置控制主站、供液分站、乳化液配制分站等，完成供液和乳化液配制功能。
與國外不同的是，國內(nèi)供液系統(tǒng)大多配置了變頻器，采用變頻一拖多的驅(qū)動(dòng)方式，不僅實(shí)現(xiàn)乳化液泵組軟起動(dòng)，而且可通過變頻改變泵轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)供液流量的無級(jí)調(diào)節(jié)。國內(nèi)在乳化液配制功能方面，在國外純機(jī)械配液裝置的基礎(chǔ)上，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，并加入電氣控制環(huán)節(jié)，使乳化液配制濃度既可調(diào)又精確。國內(nèi)水質(zhì)問題較為突出，直接影響供液系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。因此國內(nèi)供液系統(tǒng)根據(jù)井下水質(zhì)情況配備水處理分站，保障工作面用水質(zhì)量。不僅如此，國內(nèi)部分供液系統(tǒng)還加配了一臺(tái)變頻控制的小流量乳化液泵（一般為80L/min），不僅可在工作面停產(chǎn)時(shí)保障支架的零星用液操作，而且可提高供液流量的調(diào)節(jié)精度。
綜上所述，國外供液系統(tǒng)主要側(cè)重于研究開發(fā)新型大流量高壓力乳化液泵或管路材料，旨在提高設(shè)備機(jī)械性能，但在系統(tǒng)控制單元方面關(guān)注較少，控制功能的改進(jìn)優(yōu)化發(fā)展較慢。而國內(nèi)供液系統(tǒng)盡管在設(shè)備材料和機(jī)械技術(shù)方面比國外落后，但在控制單元和功能配制方面，國內(nèi)水平較國外更為突出。
二、泵站多參量動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測診斷技術(shù)
泵站作為綜采集成供液系統(tǒng)的關(guān)鍵，其良好的運(yùn)行狀態(tài)，是綜采工作面安全、高效生產(chǎn)的必要保障。泵站本身是集機(jī)、電、液為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，潛在故障點(diǎn)多，故障模式多樣化，因此依靠常規(guī)的狀態(tài)參量監(jiān)測，無法準(zhǔn)確地預(yù)防或診斷。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展，多參量、多通道信息融合的在線監(jiān)測技術(shù)，是泵站綜合性、智能化監(jiān)測診斷的發(fā)展方向。
1.常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)參量在線監(jiān)測技術(shù)。泵站常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)參量的在線監(jiān)測技術(shù)，是綜采集成供液系統(tǒng)的智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)中的最根本、最關(guān)鍵的技術(shù)。泵站的運(yùn)行狀態(tài)參量主要包括減速箱內(nèi)油液的油溫、油壓和油位，泵站進(jìn)口壓力、泵站出口壓力、流量及吸液箱內(nèi)液溫等方面。這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參量的在線監(jiān)測，主要依靠各種傳感器將各狀態(tài)參量的數(shù)據(jù)同步傳至綜采集成供液系統(tǒng)的智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)中，通過與預(yù)先設(shè)定允許工作門檻值的實(shí)時(shí)對比，來判斷或診斷泵站運(yùn)行的健康性，同時(shí)能夠提供報(bào)警和自動(dòng)停機(jī)保護(hù)等功能。
2.振動(dòng)噪聲在線監(jiān)測診斷技術(shù)。泵站系統(tǒng)包含了電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、曲軸低速重載旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、連桿－滑塊－柱塞機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)、吸排液閥非線性運(yùn)動(dòng)等一系列復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模式。振動(dòng)噪聲在線監(jiān)測是被廣泛應(yīng)用的綜合故障診斷分析方法，是分析復(fù)雜系統(tǒng)故障的有效手段。振動(dòng)噪聲的在線監(jiān)測診斷，一般是通過傳感器，將振動(dòng)或噪聲等表征機(jī)械狀態(tài)的特征參量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過放大采集、信號(hào)處理和分析后，對故障信息或故障零部件進(jìn)行報(bào)警或診斷。在泵站振動(dòng)噪聲在線監(jiān)測方面，國內(nèi)許多學(xué)者進(jìn)行了大量的理論探索研究。例如，有文獻(xiàn)介紹了振動(dòng)功率譜分析技術(shù)在診斷泵站斜齒輪齒面點(diǎn)蝕、剝落故障方面的應(yīng)用；有文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了一套以可編程低波濾波器為核心裝置，采用數(shù)字信號(hào)積分處理方法的泵站滾動(dòng)軸承在線監(jiān)測設(shè)備；有文獻(xiàn)應(yīng)用小波包頻帶能量特征提取技術(shù)，對由于泵站曲柄軸瓦劇烈磨損所產(chǎn)生的高頻帶能量進(jìn)行了識(shí)別和分析；結(jié)合能量模型、粗集理論、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、聲卡數(shù)據(jù)采集技術(shù)等一系列現(xiàn)代信號(hào)處理方法和理論，在泵站吸排液閥故障診斷方面得到良好的應(yīng)用。
3.油液在線監(jiān)控技術(shù)。油液在線監(jiān)控技術(shù)作為機(jī)械故障診斷的關(guān)鍵方法之一，被廣泛應(yīng)用。油液監(jiān)測通過對潤滑油的污染度、磨損顆粒以及潤滑油的理化性能進(jìn)行監(jiān)測分析，達(dá)到判定或預(yù)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)或潛在故障的判定依據(jù)。目前，隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、信息融合技術(shù)的發(fā)展，在線油液監(jiān)測診斷技術(shù)得到快速發(fā)展，診斷精度也顯著加強(qiáng)。泵站減速傳動(dòng)系統(tǒng)作為集成供液系統(tǒng)的核心動(dòng)力部件，曲柄滑動(dòng)軸承、滑塊－滑塊孔摩擦副、齒輪傳動(dòng)副等方面的磨損難以避免，對油液磨損顆粒的監(jiān)測，是判斷泵站傳動(dòng)系統(tǒng)健康狀態(tài)最關(guān)鍵和最有效的手段。由于井下落煤、粉塵情況嚴(yán)重，污染物侵入環(huán)節(jié)較多，因此油液污染物的監(jiān)測也是非常重要的環(huán)節(jié)。另外，油液的乳化、氣泡或水分增高，都將弱化油液潤滑性能，有可能加速旋轉(zhuǎn)和傳動(dòng)部件的磨損，因此對油液的理化性能的檢測也具有重要意義。
目前，油液磨損顆粒在線監(jiān)測常用的方法為磁塞分析法，通過對信號(hào)式磁性過濾器上磨損顆粒堆積程度的信號(hào)分析，對設(shè)備的磨損情況進(jìn)行判斷，但該方法對零部件早期磨損的預(yù)判能力弱，且對不同磨損顆粒的辨別精度低，因此已經(jīng)不能夠滿足油液在線診斷智能化發(fā)展的需求。
當(dāng)前，較為先進(jìn)的油液磨損顆粒在線監(jiān)測技術(shù)主要有在線鐵譜分析法、磨粒圖像檢測法、在線光譜分析法、X射線在線能譜分析法等，均能較精確地判斷油液磨損顆粒的組成成分和含量，對設(shè)備各元部件磨損情況能夠有較準(zhǔn)確的判斷;油液污染度的在線監(jiān)測，主要應(yīng)用光柵傳感技術(shù)，通過油液懸浮物對光散射、吸收的形式，對顆粒粒度進(jìn)行在線檢測，具有較高的應(yīng)用價(jià)值;油液的理化性能可依靠介電常數(shù)電容傳感器、含水率變送器、微波諧振水分傳感器、黏度傳感器、超聲波密度傳感器等高精端傳感器，對油液的品質(zhì)進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，從而達(dá)到準(zhǔn)確評(píng)估油液潤滑性能的目的。
三、乳化液濃度在線監(jiān)測技術(shù)
綜采集成供液系統(tǒng)的工作介質(zhì)，即乳化液，一般由5%的乳化油和95%的水混合而成。乳化液的濃度直接影響綜采液壓系統(tǒng)各部分的性能、壽命及生產(chǎn)成本，因此乳化液濃度的在線監(jiān)測技術(shù)，是保證綜采集成供液系統(tǒng)乳化液自動(dòng)配比功能的重要環(huán)節(jié)，也是保證綜采液壓系統(tǒng)可靠運(yùn)行的先決條件。目前，國內(nèi)外常見的乳化液濃度在線監(jiān)測方法，主要包括阻容法、電磁波法、光學(xué)法、超聲波法、密度法等方法。阻容法是通過對乳化液的介電常數(shù)、電阻率的實(shí)時(shí)測量來同步推算乳化液濃度; 電磁波法、光學(xué)法和超聲波法是基于乳化液濃度對于電磁波的衰減程度，對可見光透光或折射程度，以及對超聲波的衰減率或傳輸速率的影響來反映濃度的變化;密度法則是通過監(jiān)測乳化液密度來測算乳化液的濃度。
四、過濾系統(tǒng)納污量監(jiān)測技術(shù)
提高乳化液的清潔度對于保證液壓系統(tǒng)各元部件的可靠性，提高綜采液壓系統(tǒng)效率方面具有重要意義。多級(jí)過濾體系作為綜采集成供液系統(tǒng)清潔度保證的重要組成部分，通常由進(jìn)水洗過濾器、高壓過濾站、回液過濾器等過濾元部件組成。為了防止濾芯的堵塞，過濾元部件普遍具有自動(dòng)反沖洗功能，而對過濾系統(tǒng)納污度的監(jiān)測，為自動(dòng)反沖洗提供判定依據(jù)，延長濾芯壽命。國內(nèi)外綜采集成供液系統(tǒng)均采用壓差監(jiān)測法，即通過監(jiān)測過濾系統(tǒng)進(jìn)液和出液壓力差值，對過濾系統(tǒng)中污染度進(jìn)行在線監(jiān)測。隨著高精端壓差傳感器，不斷地發(fā)展和應(yīng)用，彌補(bǔ)了壓差監(jiān)測法測量精度低、響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。
五、視頻監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)
綜采集成供液系統(tǒng)作為工作面采場外最重要的設(shè)備之一，通過應(yīng)用智能化視頻監(jiān)控技術(shù)，對系統(tǒng)的總體運(yùn)行狀態(tài)、爆管監(jiān)測及故障應(yīng)急處理，均具有重要意義，也是無人化開采發(fā)展的必經(jīng)環(huán)節(jié)。
視頻監(jiān)控技術(shù)在綜采集成供液系統(tǒng)應(yīng)用方面，需要重點(diǎn)進(jìn)行攝像儀安裝位置的優(yōu)化研究，通過優(yōu)化既能滿足全方位監(jiān)控集成供液系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的需求，又能節(jié)省安裝數(shù)量，提高視頻數(shù)據(jù)的傳輸效率，提高監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。
六、智能供液系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)難點(diǎn)
綜采集成供液系統(tǒng)智能監(jiān)控和故障診斷技術(shù)，雖然在準(zhǔn)確性、可靠性等方面獲得了較大進(jìn)步，然而仍然存在著一些關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，制約著該技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用，具體主要包括以下4個(gè)方面。
1.關(guān)鍵元部件的故障監(jiān)測診斷技術(shù)尚未攻克
目前，綜采集成供液系統(tǒng)中最嚴(yán)重且最難修復(fù)的故障，均來自泵站傳動(dòng)系統(tǒng)的故障，例如曲軸連桿斷裂、軸瓦燒瓦抱死、滑塊磨損拉缸等，而這些故障起因，如材料疲勞、混合摩擦、機(jī)械沖擊等，其隨機(jī)性、模糊性和非線性很強(qiáng)，因此現(xiàn)有的故障分析診斷理論也不能完全解決這些問題。
2.泵站各元部件所受激勵(lì)力頻率范圍廣，難以識(shí)別
泵站機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均比較復(fù)雜，既包含旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的激勵(lì)力，又有往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的激勵(lì)力，還包括高壓高速流體產(chǎn)生的振動(dòng)源，因此為振動(dòng)信號(hào)處理和分析帶來了很大難度。
3.泵站各部分的振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)耦合性
綜采集成供液系統(tǒng)的泵站多采用三缸或五缸臥式結(jié)構(gòu)，相鄰缸體的間距小，零部件結(jié)構(gòu)相同，因此各缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件的特征信號(hào)相互耦合，相互干擾，難以區(qū)分。
4.系統(tǒng)診斷功能智能化程度有待提高
目前，綜采集成供液系統(tǒng)的故障診斷功能，僅對簡單故障依靠歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或是通過傳感器預(yù)先設(shè)定的報(bào)警或停機(jī)門檻值，對系統(tǒng)中各元部件進(jìn)行初級(jí)的故障診斷或預(yù)判。然而，綜采集成供液系統(tǒng)實(shí)際出現(xiàn)的故障均較為復(fù)雜，特征信息不易提取，因此應(yīng)用現(xiàn)代化的分析技術(shù)、方法和理論，對故障進(jìn)行多信息、多通道的智能專家診斷是亟待解決的技術(shù)難題。
七、智能供液系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展展望
高速發(fā)展的現(xiàn)代測控技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論和現(xiàn)代信號(hào)處理方法，為解決綜采集成供液系統(tǒng)智能監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的難題，提供了有效的工具。未來綜采集成供液系統(tǒng)智能監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)發(fā)展方向?qū)⒅饕墙⒅悄軐＜蚁到y(tǒng)。
具體實(shí)現(xiàn)方式如下:通過不斷增加監(jiān)測參量的種類和數(shù)量，以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)為基礎(chǔ)，擴(kuò)充基本數(shù)據(jù)層的容量;中間層實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)層中提取有效信息源，并根據(jù)現(xiàn)代信號(hào)處理方法，對特征信息進(jìn)行分類、聚集、壓縮和整合，最大限度地提供決策層所需特征信息;最終在人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立作為決策層的專家系統(tǒng)，能夠?qū)C采集成供液系統(tǒng)的系統(tǒng)和各子系統(tǒng)的故障潛伏期進(jìn)行預(yù)判斷，并對系統(tǒng)和各子系統(tǒng)的零部件進(jìn)行智能化生命周期管理，真正做到無人化監(jiān)控、管理綜采集成供液系統(tǒng)。
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