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反冲洗过滤器

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液压支架乳化液高压反冲洗过滤站自动控制系统开发

发布时间:2017-06-27 16:59:13 4年前 热度:1567 ℃

1反冲洗过滤站自动控制系统组成

乳化液高压反冲洗过滤站通常由进液口、出液口、进液阀、出液阀、排污阀、截止阀、过滤网和压力表等组成。设有2个过滤通道,每个过滤通道设有2个过滤网。反冲洗过滤站阀门由电磁先导阀控制。在进液口与出液口安装有压力传感器,以检测乳化液的压力。

在正常情况下,乳化液通过过滤站滤网,将混在乳化液中的固体颗粒物质,截留在滤网进液的一侧,使乳化液得到一定程度的清洁。如图1所示,乳化液通过进液阀1,截止阀3和4,过滤网11和12,出液阀15后,进入液压支架液压系统。当进液口与出液口的压差达到一定值时,过滤站进人反冲洗状态,关闭截止阀3。打开排污阀7。此时,乳化液会在泵站压力下,流过过滤网12后,反流冲洗过滤网11。反流冲洗的乳化液会通过排污口,进人乳化液污液回收系统中。冲洗完一个通道后,依次冲洗另一个通道。


1,2进液阀3,4,5,6.截止阀7,8,9,10.排污阀11,12,13,14.过滤网15,16.出液阀

通过分析乳化液高压反冲洗过滤站的工作原理,可设计其自动控制系统如图2所示。

由图2可见,该系统由巷道监控主机、过滤站控制器、电源、传感器、电磁先导阀和通信网络组成。巷道监控主机设在顺槽的设备列车中,通过井下通信电缆与控制器相连,通信方式采用RS-485通信。过滤站控制器与电磁先导阀、压力传感器以及供电电源相连,电源采用井下防爆型本安电源。

2反冲洗过滤站控制参数的优化分析

目前煤矿井下使用的反冲洗过滤站,均采用时间或者压差控制方法,即当满足最大时间或冲洗压差2个条件之一时,反冲洗过滤站开始自动反冲巧。过滤网使用过程中由于不断滤除油液中的颗粒污染物,过滤网逐渐被污染物堵塞,因而其压差逐渐增大。当压差达到一定值后,压差急剧增大,直到过滤网发生破裂。图3为某特定过滤网在一定流量下过滤污染油液的压差特性。

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图3.过滤网的压降-时间特性

图3中曲线的拐点表示过滤网堵塞的起点,因而拐点的压差可认为是过滤网的饱和压差,也就是过滤元件的最大极限压差,达到这个压差时应更换过滤网或对过滤网进行清洗。

冲洗压差由操作人员设置,可以达到自动反冲洗的目的,但是参数的取值决定了自动反冲洗过滤站进行反冲洗的时间,太大会对过滤网造成损坏,过滤网可能被击穿;太小会造成过滤站提前进行反冲洗,不仅造成乳化液的浪费,对整个综采面的稳定也有一定影响。因此,确定合适的冲洗压差,对于提高煤矿生产安全,保障煤矿液压设备的稳定运行,具有非常重要的意义。

乳化液流经过滤网时,由于过滤网对乳化液的阻力而产生一定的压力损失,因而在过滤站进液口和出液口之间产生一定的压力差。并且随着过滤的不断进行,在过滤网上会产生滤饼,使流过的乳化液产生一定的压力损失。因此,乳化液经过滤网时,产生的压力差为乳化液在过滤网和过滤形成的滤饼上的压差滤饼对液流产生的流阻开始起主要作用。计算滤饼压降是一个相对复杂的过程,影响因素比较多,但经过适当简化,便可得出压缩滤饼压差的数学

模型。

其中式中

e——悬浮液液体黏度;

bav——滤饼的平均孔隙度;

Sp——微粒的比面积(固体颗粒单位体积所具有的表面积pr——悬浮液的密度;

c——悬浮液固体含量百分比;

p,——过滤固体的密度;

e——滤饼的密度或孔隙度;

V——时间t内滤饼内流过的液体体积;

A——垂直于悬浮液流向的滤饼表面积。

对于式(2)、式(3),考虑乳化液电液反冲洗过滤装置的实际工作条件,通过计算可得到过滤网及形成滤饼两端的最佳工作压差。由于工作面工况复杂,乳化液质量不尽相同,以上一些参数也不完全相同,计算结果也会存在偏差,需在确定工况后进行具体计算。通过计算乳化液过滤时的压降,从而设置合理参数,可以延长过滤装置的寿命,提高过滤效率。

3自动控制系统方案的设计与实现

乳化液自动反冲洗过滤站自动控制系统由监控主机、反冲洗过滤站控制器和本质安全型网络3部分组成。反冲洗过滤站控制器是整个系统的核心,完成对反冲洗过滤站的各种功能,包括自动反冲洗、半自动顺序反冲洗、手动反冲洗等。控制器还可以通过采集传感器数据,判断反冲洗过滤站工作状况,发出故障警示信息。监控主机通过本质安全型网络对过滤站控制器及相关的配套设备进行监控,实时监测反冲洗过滤站工作状态。

(1)反冲洗过滤站控制器设计

反冲洗过滤站控制器作为整个控制系统的核心,采用新型的电液控制技术和网络通信技术,保障监控主机和控制器之间的可靠通信。

反冲洗过滤站控制器硬件电路如图4所示,主要包括基本配置单元、数据采集单元、通信单元、电磁驱动单元和人-机交互单元。

在基本配置单元中,电源模块采用开关电源芯片,输出稳压3.3V,外加相应滤波电路后可较好地抗电磁干扰,达到高精度、低功耗和低噪声的电源品质。储存电路,主要用于存放系统运行过程中的一些重要信息,如反冲洗记录、故障信息以及储存系统的一些运行参数。

QQ截图20170627170146.jpg

图4控制器硬件结构

数据采集单元中,主要采集安装在过滤桶进液/出液处的压力传感器信号,通过信号调理电路进人单片机的A/D)采样单元,完成对过滤站压差的检测。

通信单元包括RS-485通信和FC通信2部分。监控主机通过RS-485通信,对控制器进行实时监控。单片机通过PC通信,可靠地采集到按键信息。

电磁驱动单元,通过电磁驱动电路控制电磁先导阀的动作。电磁驱动电路采用MOSFET作为开关器件,具有开关速度快,驱动电流大的特点。

人-机交互单元中键盘和液晶屏完成对控制器实时有效的监控。操作者通过键盘设置控制器工作模式和工作参数。液晶屏实时反馈操作信息和系统工作状态。

(2)监控软件设计

监控软件采用KingView6.55版组态平台进行设计。该监控软件通过监控主机实时监控过滤站控制器运行状态,自动储存设备运行参数并将重要的参数以报表、曲线等形式进行处理。主界面如图5所示,主要包括过滤站当前工作状态、过滤站当前操作模式、显示每个过滤通道运行参数。并在压力表中实时显示过滤站前后压力。

除此之外,监控软件,还可以对过滤站进行远程控制,并且对控制器的参数进行设置以适应于不同的工作面。并通过历史数据查询,来分析过滤网的寿命状况。

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(3)控制器软件设计

乳化液高压反冲洗过滤站,有3种操作模式:①自动模式。过滤站在控制器的控制下,通过判断压差或最大时间是否达到设定,实现自动控制;②半自动模式。操作者按下控制器上的半自动按键,实现相应次数的顺序冲洗作业,依次冲洗每个过滤网;③手动模式。操作者手动选择过滤通道,对一个过滤通道进行相应次数的反冲洗作业。过滤站控制器主程序如图6所示。

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控制器在运行过程中,判断有无按键信息,若没有按键信息,则进人自动模式。在此模式下,控制器定时采集压力传感器数值,得到乳化液通过过滤网时产生的压力差。若达到清洗压差,则进行反冲洗作业,若没有达到清洗压差,则判断最大时间,到达最大时间,开始反冲洗作业。若有到按键信息,则执行相应的操作。

急停操作是通过中断程序实现的。急停中断选择单片机优先级最高的外部中断0,保证控制器可以在任何情况下,进入急停状态。控制器急停按键被按下后,控制器进人中断处理程序,置急停标志位,并向上位机发送。此时,控制器不会输出任何的动作。若急停按键被拔起,单片机清除急停标志位,并向上位机发送。此后单片机会继续执行相关程序。

4控制器故障诊断

当乳化液反冲洗过滤站发生故障时,如不能正常读取压力传感器数值,或进行规定次数冲洗后,压力变化不明显等,控制器根据读取的数值,发出传感器故障或者滤芯更换提醒,警示灯亮,并且自动切换至手动模式。

(1)传感器故障

控制器通过分析采集到的传感器数据是否超出正常范围诊断故障。若超出正常范围,则发出报警信息,显示传感器故障。诊断策略如下:

若%为控制器采集到的数据。

①为传感器输出最大值,为传感器输出最小值。

当^>7胃或y,<%„时,控制器采集的数据,超出了传感器测量的范围,证明传感器出现故障,数据错误;

②控制器在采集过程中,将连续10次采集的数据,保存在外部存储中,并且得出其最大值,最小值,记为yimax和yimin。

当yi>1.1yimax或yi<1.1yimin时,控制器采集的数据,超出了过滤站正常工作范围,证明传感器出现故障,数据错误;

③过滤站正常采集为4个压力值,分别为yinl、即2个过滤通道的进液压力和出液压力。

当或yin2<yout<2时,控制器采集的数据,进液压力大于出液压力,则证明传感器出现故障,数据错误。

(2)滤网故障

当控制器进行一次反冲洗作业后,控制器自动采集当前压差,并与冲洗压差进行比较。当比较3次后,若压差还是大于冲洗压差,则证明滤网堵塞,控制器发出更换过滤网提醒。

5控制系统调试与实验

为了检验所设计的系统功能,在实验室搭建了测试模型,采用LED指示灯作为控制输出,采用信号发生器作为压力传感器模拟量输人。

(1)系统运行实验

将反冲洗过滤站控制器连在工控机上。运行后,上位机可以准确接收到过滤站控制器上传的数据,并记录保存。

(2)控制器输出实验

改变信号发生器输出电压,使模拟压差达到冲洗压差时,控制器会执行相应次数的反冲洗作业。关闭截止阀,打开排污阀,此时相应的LED指示灯亮,代表输出动作。

(3)控制器故障诊断实验

改变信号发生器输出电压,使其超出范围时,控制器显示传感器故障,并将控制器置为手动模式。

6结语

(1)提出了一种乳化液反冲洗过滤站控制器冲洗压差确定的方法。通过计算冲洗压差,提高了系统工作效率,延长了过滤网的使用寿命;

(2)提出了一种乳化液反冲洗过滤站控制器传感器和滤网故障诊断窜略。通过对控制器故障的诊断,提高了反冲洗过滤'站运行的可靠性;

(3)开发了一种乳化液反冲洗过滤站控制系统,采用监控软件对过滤站进行监测控制,通过控制器对过滤站进行自动化控制,减少了乳化液浪费,有效提高了乳化液反冲洗过滤站的自动控制水平。

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