智能反沖洗高壓過濾站的工作原理與控制模式

田成金

(北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司，北京 100013)

?

智能反沖洗高壓過濾站的工作原理與控制模式

田成金

(北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司，北京 100013)

[摘要]簡述了智能反沖洗高壓過濾站在綜采工作面的位置及其作用，通過圖示詳細(xì)描述了智能反沖洗高壓過濾站的過濾功能原理、反沖洗功能原理以及定時(shí)、定壓差兩種全自動(dòng)控制原理，簡要說明了智能反沖洗高壓過濾站的構(gòu)成部件，總結(jié)了目前主流智能反沖洗高壓過濾站的控制模式，最后就智能反沖洗高壓過濾站在應(yīng)用過程中存在的一些問題提出了改進(jìn)意見。

[關(guān)鍵詞]綜采工作面；乳化液；智能反沖洗高壓過濾站；原理；控制模式

Working Principle and Control Mode of Intelligent Backwash High-pressure Filter Station

TIAN Cheng-jin

(Beijing Tiandi-Marco Electro-Hydraulic Control System Co.，Ltd.，Beijing 100013，China)

Abstract：This paper describes standing position and role of intelligent backwash high-pressure filter station in mechanized mining face.Backwash theory and two kinds of automatic control theory，including fixed pressure and time，is described in detail by icon the filtering theory.A brief description of intelligent backwash high-pressure filter station component parts，Summarizes the current mainstream control mode of the Intelligent Backwash high-pressure filter station.At last the suggestions for improvement is proposed in application process for some of the problems that exist in.

Key-words：mechanized mining face；emulsion；intelligent backwash high-pressure filter station；principle；control mode

[引用格式]田成金.智能反沖洗高壓過濾站的工作原理與控制模式[J].煤礦開采，2015，20(6)：44-46.

目前，隨著科技的進(jìn)步和各種高端、精密乳化液液壓閥在煤礦綜采工作面的應(yīng)用，特別是隨著液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用和推廣，綜采工作面的液壓設(shè)備對乳化液品質(zhì)的要求越來越高，因此，保障綜采工作面乳化液的高品質(zhì)成為了乳化液液壓閥正常工作和提高液壓閥使用壽命的重要基礎(chǔ)，而反沖洗過濾站處于乳化液泵站與綜采工作面之間，是保障工作面乳化液清潔的重要設(shè)施，是工作面乳化液流經(jīng)通道中實(shí)施自我清潔，排除污染物最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

1智能反沖洗高壓過濾站的作用

智能反沖洗高壓過濾站在乳化液流經(jīng)通道中的位置如圖1所示。

圖1　智能高壓反沖洗過濾站在乳化液流經(jīng)通道中的位置

由圖1可以看出，智能反沖洗高壓過濾站處于泵站系統(tǒng)和工作面支架液壓系統(tǒng)的中間部位，從各個(gè)乳化液泵站流出的乳化液全部匯集到智能反沖洗高壓過濾站，從智能反沖洗高壓過濾站的出口直接供給工作面支架的液壓系統(tǒng)。其作用如下：

(1)檢測乳化液的污染程度，其檢測值作為反沖洗閾值開關(guān)的依據(jù)。

(2)過濾乳化液中存在的污染物(金屬碎末、油漆、密封件碎末、灰塵、氧化皮等雜質(zhì))，自我清除乳化液的污染雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)乳化液清潔度的控制和保障，保障過濾后乳化液的清潔度，滿足工作面液壓用閥對乳化液高品質(zhì)的要求。

(3)自動(dòng)反沖洗，一方面清除附著在濾芯上的污染物和雜質(zhì)，使出口流量保持均衡，保證智能反沖洗高壓過濾氈的過流能力；另一方面，防止濾芯堵塞，造成濾芯內(nèi)外壓差過大導(dǎo)致濾芯損壞。

2智能反沖洗過濾站的工作原理

2.1智能反沖洗高壓過濾站的過濾原理

圖2所示的是智能反沖洗高壓過濾站的正常過濾工作過程，在此過程中，控制閥V1，V2處于打開狀態(tài)，控制閥V3，V4處于關(guān)閉狀態(tài)，乳化液從進(jìn)液口(Pin)流入智能反沖洗高壓過濾站，從2個(gè)通道進(jìn)入濾筒F1，F(xiàn)2的外環(huán)腔體(濾筒是圓柱形的裝置，內(nèi)部空間包括3部分，分別是外環(huán)腔體、內(nèi)圓、濾芯，其中濾芯充當(dāng)了外環(huán)腔體和內(nèi)圓中間部分，將濾筒內(nèi)的空間分割成了外環(huán)腔體和內(nèi)圓)，經(jīng)濾芯的過濾，乳化液進(jìn)入濾筒內(nèi)圓部分，濾筒內(nèi)圓部分和智能反沖洗高壓過濾站出液口(Pout)連通，過濾后的乳化液從出液口直接流到工作面通道。

圖2　智能反沖洗高壓過濾站過濾過程

2.2智能反沖洗高壓過濾站的反沖洗原理

圖3所示的是智能反沖洗高壓過濾站的反沖洗工作過程，在此過程中，控制閥V2，V3處于打開狀態(tài)，控制閥V1，V4處于關(guān)閉狀態(tài)，乳化液從進(jìn)液口(Pin)流入智能反沖洗高壓過濾站，控制閥V1關(guān)閉，乳化液只能從V2側(cè)通道進(jìn)入濾筒F2的外環(huán)腔體，經(jīng)濾芯的過濾，進(jìn)入濾筒內(nèi)圓部分，濾筒內(nèi)圓部分和智能反沖洗高壓過濾站出液口(Pout)及F1的內(nèi)圓部分連通，此時(shí)，過濾后的乳化液一部分從出液口流出直接流到工作面通道，另一部分流向F1的內(nèi)圓部分，由于此時(shí)控制閥V1關(guān)閉、V3打開，F(xiàn)1的外環(huán)腔體與泄露口L1連通，濾筒內(nèi)外壓差導(dǎo)致內(nèi)圓的高壓乳化液從里向外反向流出，經(jīng)泄露口流出，沖刷附著在濾芯外壁上的污染物和雜質(zhì)，由于外部壓力極小，沖刷力大，效果顯著，沖刷下來的污染物和雜質(zhì)經(jīng)過泄露口排出，實(shí)現(xiàn)智能反沖洗高壓過濾站的反沖洗功能。

濾芯的反沖洗必須依次進(jìn)行，禁止2個(gè)或多個(gè)濾芯同時(shí)被反沖洗，當(dāng)一個(gè)濾芯處于反沖洗狀態(tài)時(shí)，另外一個(gè)或幾個(gè)必須處于過濾狀態(tài)，保證正常的設(shè)備運(yùn)作。

2.3智能反沖洗高壓過濾站的控制原理

智能反沖洗高壓過濾站的自動(dòng)控制主要有2種方式，定時(shí)反沖洗和定壓差反沖洗。

2.3.1定時(shí)反沖洗工作原理

定時(shí)反沖洗是根據(jù)事先了解的高壓過濾站的濾芯污染程度，確定一個(gè)時(shí)間周期參數(shù)，輸入到控制器的程序中，控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序每過一個(gè)時(shí)間周期反沖洗一個(gè)循環(huán)。

如圖4所示，輸入量給定時(shí)間T，即以時(shí)間周期T為反沖洗時(shí)間周期，當(dāng)時(shí)間計(jì)數(shù)t

圖4　定時(shí)反沖洗工作原理

2.3.2定壓差反沖洗工作原理

利用過濾器入口和出口的壓力傳感器測量壓差，控制器通過壓差判斷乳化液的污染程度，壓差越大，污染程度越大，因此可以將壓差大小作為是否反沖洗的依據(jù)。

如圖5所示，輸入量給定壓差Pa，檢測量指用壓力傳感器實(shí)際測量的智能反沖洗高壓過濾站的入口壓力值和出口壓力值，然后求壓差Pb，當(dāng)壓差Pb

圖5　定壓差反沖洗工作原理

給定量壓差Pa值越低，反沖洗次數(shù)越頻繁，有助于保證過濾效果和濾芯較長的使用壽命。

3智能反沖洗高壓過濾站的構(gòu)成

智能反沖洗高壓過濾站的構(gòu)成主要由控制系統(tǒng)和液壓裝置兩部分組成，其中控制系統(tǒng)部件包括控制器、入口壓力傳感器、出口壓力傳感器、隔爆兼本質(zhì)安全型電源、電磁先導(dǎo)閥等；液壓裝置主要包括控制閥閥體、過濾濾筒濾芯組件、污水回收濾筒濾芯組件、支架、背壓斷路閥，安全閥、壓力表、污染顏色指示器等關(guān)鍵部件。

4智能反沖洗高壓過濾站的控制模式

智能反沖洗高壓過濾站的控制系統(tǒng)以控制器為核心，以壓力傳感器為感知部件或者以時(shí)間參數(shù)為輸入定量，以電磁先導(dǎo)閥和控制閥閥體為控制輸出部件，其中電磁先導(dǎo)閥本身帶有手動(dòng)按鈕，其控制邏輯分為3種，即手動(dòng)控制模式、半自動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式。這兩種模式的空閑狀態(tài)是執(zhí)行過濾功能，動(dòng)作狀態(tài)執(zhí)行反沖洗功能。

4.1手動(dòng)控制模式

手動(dòng)控制模式是人工用手直接按壓電磁先導(dǎo)閥的按鈕開關(guān)，執(zhí)行反沖洗功能。每個(gè)按鈕開關(guān)對應(yīng)一個(gè)過濾器濾筒，當(dāng)按壓這個(gè)按鈕開關(guān)時(shí)，對應(yīng)的濾筒濾芯執(zhí)行反沖洗功能，其他濾芯執(zhí)行過濾功能，依次按壓各個(gè)按鈕開關(guān)，對應(yīng)的濾筒濾芯執(zhí)行反沖洗功能。

4.2半自動(dòng)控制模式

半自動(dòng)控制模式是指人工手動(dòng)按壓一個(gè)按鈕開關(guān)，觸發(fā)控制器的軟件程序，根據(jù)邏輯關(guān)系控制器通過輸出控制信號控制先導(dǎo)閥和控制閥，依次對濾筒濾芯執(zhí)行反沖洗功能，輪循一遍成為一個(gè)反沖洗循環(huán)，在程序中可以設(shè)定多個(gè)循環(huán)進(jìn)行沖洗。

4.3全自動(dòng)控制模式

全自動(dòng)控制模式?jīng)]有人工的參與和干預(yù)，系統(tǒng)以傳感器的感知參數(shù)為依據(jù)，自行判斷污染程度，以固定的邏輯關(guān)系輸出控制信號，執(zhí)行反沖洗功能，同樣可以設(shè)定多個(gè)循環(huán)，主要包括定時(shí)反沖洗和定壓差反沖洗兩種模式。

5結(jié)束語

近年來，伴隨著液壓支架電液控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，智能反沖洗高壓過濾站逐步得到推廣，應(yīng)用于國內(nèi)中高端綜采工作面，提高了綜采工作面高水基介質(zhì)乳化液的清潔度，減少了工作面液壓支架電液控?fù)Q向閥等閥芯的損壞幾率，延長了輔助閥和各種閥芯的使用壽命，提高了開機(jī)率，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，在應(yīng)用的過程中，發(fā)現(xiàn)存在著一些不足，提出如下的建議：

(1)反沖洗過程中，通過泄露口外泄的乳化液直接排放到了周圍的環(huán)境中，造成了對環(huán)境和水體的污染。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國每年排入地下的乳化液近160000t，地下水污染的范圍和程度逐步加大。目前國家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，環(huán)保意識加強(qiáng)，因此需要對智能反沖洗高壓過濾站的外泄裝置進(jìn)行改進(jìn)，最大化地回收反沖洗噴出的乳化液，減少外泄量。

(2)提高乳化液污染程度的感知功能。目前的污染程度感知功能是借助于對濾芯堵塞的程度進(jìn)行判別，屬于一種破壞性的感知條件，需要對乳化液的清潔度進(jìn)行感知，將清潔度信息提供給控制器或智能反沖洗高壓過濾站的上位機(jī)，采取措施實(shí)施控制。

(3)增加遠(yuǎn)程通信控制功能和數(shù)據(jù)交換功能。隨著綜采面發(fā)展，智能化要求越來越高，智能反沖洗高壓過濾站畢竟屬于終端控制執(zhí)行裝置，綜采面設(shè)備相互間的信息交流不可避免，其從屬地位難以改變，因此迫切需要建立與上位機(jī)的通信和數(shù)據(jù)交換功能，融入綜采工作面的設(shè)備控制體系。

[參考文獻(xiàn)]

[1]田成金.工作面泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].煤礦開采，2011，16(1)：83-85.

[2]崔志剛.礦用乳化液過濾站的研制[J].煤礦開采，2003，8(4)：74-75.

[3]宋建勛，廉自生.乳化液自動(dòng)反沖洗過濾站的設(shè)計(jì)與仿真[J].煤礦機(jī)械，2011，32(6):28-30.

[4]程鵬，等.自動(dòng)控制原理[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]李娟，趙福敬，曹多美.煤礦單體支柱用純水三用閥的研究[J].煤礦機(jī)械，2008(12)：130-132.

[6]李虹.水介質(zhì)液壓支架中的純水安全閥研究[J].煤礦機(jī)械，2008(3)：123-124.

[7]李孔啟，劉建華，楊五元，等.水相溶化罐安全保護(hù)裝置的研制[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(9)：174-175.

[8]田成金，任偉.基于Pm31回撤支架遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2007(6)：32-34.

[9]吳俊俠.一種新型乳化液過濾站的研制與應(yīng)用[J].煤炭工程，2009(6)：106-107.

[責(zé)任編輯：鄒正立]

[作者簡介]田成金(1979-)，山東費(fèi)縣人，副研究員，從事綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制技術(shù)方面的研究開發(fā)工作。

[基金項(xiàng)目]國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013AA06A410)

[DOI]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.06.012

[收稿日期]2015-05-20

[中圖分類號]TD407

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1006-6225(2015)06-0044-03