智能反冲洗高压过滤站的工作原理与控制模式

田成金

(北京天地玛珂电液控制系统有限公司，北京 100013)



智能反冲洗高压过滤站的工作原理与控制模式

田成金

(北京天地玛珂电液控制系统有限公司，北京 100013)

[摘要]简述了智能反冲洗高压过滤站在综采工作面的位置及其作用，通过图示详细描述了智能反冲洗高压过滤站的过滤功能原理、反冲洗功能原理以及定时、定压差两种全自动控制原理，简要说明了智能反冲洗高压过滤站的构成部件，总结了目前主流智能反冲洗高压过滤站的控制模式，最后就智能反冲洗高压过滤站在应用过程中存在的一些问题提出了改进意见。

[关键词]综采工作面；乳化液；智能反冲洗高压过滤站；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.智能反冲洗高压过滤站的工作原理与控制模式[J].煤矿开采，2015，20(6)：44-46.

目前，随着科技的进步和各种高端、精密乳化液液压阀在煤矿综采工作面的应用，特别是随着液压支架电液控制系统的应用和推广，综采工作面的液压设备对乳化液品质的要求越来越高，因此，保障综采工作面乳化液的高品质成为了乳化液液压阀正常工作和提高液压阀使用寿命的重要基础，而反冲洗过滤站处于乳化液泵站与综采工作面之间，是保障工作面乳化液清洁的重要设施，是工作面乳化液流经通道中实施自我清洁，排除污染物最重要的一个环节。

1智能反冲洗高压过滤站的作用

智能反冲洗高压过滤站在乳化液流经通道中的位置如图1所示。

图1　智能高压反冲洗过滤站在乳化液流经通道中的位置

由图1可以看出，智能反冲洗高压过滤站处于泵站系统和工作面支架液压系统的中间部位，从各个乳化液泵站流出的乳化液全部汇集到智能反冲洗高压过滤站，从智能反冲洗高压过滤站的出口直接供给工作面支架的液压系统。其作用如下：

(1)检测乳化液的污染程度，其检测值作为反冲洗阈值开关的依据。

(2)过滤乳化液中存在的污染物(金属碎末、油漆、密封件碎末、灰尘、氧化皮等杂质)，自我清除乳化液的污染杂质，实现乳化液清洁度的控制和保障，保障过滤后乳化液的清洁度，满足工作面液压用阀对乳化液高品质的要求。

(3)自动反冲洗，一方面清除附着在滤芯上的污染物和杂质，使出口流量保持均衡，保证智能反冲洗高压过滤毡的过流能力；另一方面，防止滤芯堵塞，造成滤芯内外压差过大导致滤芯损坏。

2智能反冲洗过滤站的工作原理

2.1智能反冲洗高压过滤站的过滤原理

图2所示的是智能反冲洗高压过滤站的正常过滤工作过程，在此过程中，控制阀V1，V2处于打开状态，控制阀V3，V4处于关闭状态，乳化液从进液口(Pin)流入智能反冲洗高压过滤站，从2个通道进入滤筒F1，F2的外环腔体(滤筒是圆柱形的装置，内部空间包括3部分，分别是外环腔体、内圆、滤芯，其中滤芯充当了外环腔体和内圆中间部分，将滤筒内的空间分割成了外环腔体和内圆)，经滤芯的过滤，乳化液进入滤筒内圆部分，滤筒内圆部分和智能反冲洗高压过滤站出液口(Pout)连通，过滤后的乳化液从出液口直接流到工作面通道。

图2　智能反冲洗高压过滤站过滤过程

2.2智能反冲洗高压过滤站的反冲洗原理

图3所示的是智能反冲洗高压过滤站的反冲洗工作过程，在此过程中，控制阀V2，V3处于打开状态，控制阀V1，V4处于关闭状态，乳化液从进液口(Pin)流入智能反冲洗高压过滤站，控制阀V1关闭，乳化液只能从V2侧通道进入滤筒F2的外环腔体，经滤芯的过滤，进入滤筒内圆部分，滤筒内圆部分和智能反冲洗高压过滤站出液口(Pout)及F1的内圆部分连通，此时，过滤后的乳化液一部分从出液口流出直接流到工作面通道，另一部分流向F1的内圆部分，由于此时控制阀V1关闭、V3打开，F1的外环腔体与泄露口L1连通，滤筒内外压差导致内圆的高压乳化液从里向外反向流出，经泄露口流出，冲刷附着在滤芯外壁上的污染物和杂质，由于外部压力极小，冲刷力大，效果显著，冲刷下来的污染物和杂质经过泄露口排出，实现智能反冲洗高压过滤站的反冲洗功能。

滤芯的反冲洗必须依次进行，禁止2个或多个滤芯同时被反冲洗，当一个滤芯处于反冲洗状态时，另外一个或几个必须处于过滤状态，保证正常的设备运作。

2.3智能反冲洗高压过滤站的控制原理

智能反冲洗高压过滤站的自动控制主要有2种方式，定时反冲洗和定压差反冲洗。

2.3.1定时反冲洗工作原理

定时反冲洗是根据事先了解的高压过滤站的滤芯污染程度，确定一个时间周期参数，输入到控制器的程序中，控制器根据预先设定的程序每过一个时间周期反冲洗一个循环。

如图4所示，输入量给定时间T，即以时间周期T为反冲洗时间周期，当时间计数t

图4　定时反冲洗工作原理

2.3.2定压差反冲洗工作原理

利用过滤器入口和出口的压力传感器测量压差，控制器通过压差判断乳化液的污染程度，压差越大，污染程度越大，因此可以将压差大小作为是否反冲洗的依据。

如图5所示，输入量给定压差Pa，检测量指用压力传感器实际测量的智能反冲洗高压过滤站的入口压力值和出口压力值，然后求压差Pb，当压差Pb

图5　定压差反冲洗工作原理

给定量压差Pa值越低，反冲洗次数越频繁，有助于保证过滤效果和滤芯较长的使用寿命。

3智能反冲洗高压过滤站的构成

智能反冲洗高压过滤站的构成主要由控制系统和液压装置两部分组成，其中控制系统部件包括控制器、入口压力传感器、出口压力传感器、隔爆兼本质安全型电源、电磁先导阀等；液压装置主要包括控制阀阀体、过滤滤筒滤芯组件、污水回收滤筒滤芯组件、支架、背压断路阀，安全阀、压力表、污染颜色指示器等关键部件。

4智能反冲洗高压过滤站的控制模式

智能反冲洗高压过滤站的控制系统以控制器为核心，以压力传感器为感知部件或者以时间参数为输入定量，以电磁先导阀和控制阀阀体为控制输出部件，其中电磁先导阀本身带有手动按钮，其控制逻辑分为3种，即手动控制模式、半自动控制模式和自动控制模式。这两种模式的空闲状态是执行过滤功能，动作状态执行反冲洗功能。

4.1手动控制模式

手动控制模式是人工用手直接按压电磁先导阀的按钮开关，执行反冲洗功能。每个按钮开关对应一个过滤器滤筒，当按压这个按钮开关时，对应的滤筒滤芯执行反冲洗功能，其他滤芯执行过滤功能，依次按压各个按钮开关，对应的滤筒滤芯执行反冲洗功能。

4.2半自动控制模式

半自动控制模式是指人工手动按压一个按钮开关，触发控制器的软件程序，根据逻辑关系控制器通过输出控制信号控制先导阀和控制阀，依次对滤筒滤芯执行反冲洗功能，轮循一遍成为一个反冲洗循环，在程序中可以设定多个循环进行冲洗。

4.3全自动控制模式

全自动控制模式没有人工的参与和干预，系统以传感器的感知参数为依据，自行判断污染程度，以固定的逻辑关系输出控制信号，执行反冲洗功能，同样可以设定多个循环，主要包括定时反冲洗和定压差反冲洗两种模式。

5结束语

近年来，伴随着液压支架电液控制系统的推广应用，智能反冲洗高压过滤站逐步得到推广，应用于国内中高端综采工作面，提高了综采工作面高水基介质乳化液的清洁度，减少了工作面液压支架电液控换向阀等阀芯的损坏几率，延长了辅助阀和各种阀芯的使用寿命，提高了开机率，带来了良好的经济效益。同时，在应用的过程中，发现存在着一些不足，提出如下的建议：

(1)反冲洗过程中，通过泄露口外泄的乳化液直接排放到了周围的环境中，造成了对环境和水体的污染。据不完全统计,全国每年排入地下的乳化液近160000t，地下水污染的范围和程度逐步加大。目前国家大力倡导节能减排，环保意识加强，因此需要对智能反冲洗高压过滤站的外泄装置进行改进，最大化地回收反冲洗喷出的乳化液，减少外泄量。

(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对滤芯堵塞的程度进行判别，属于一种破坏性的感知条件，需要对乳化液的清洁度进行感知，将清洁度信息提供给控制器或智能反冲洗高压过滤站的上位机，采取措施实施控制。

(3)增加远程通信控制功能和数据交换功能。随着综采面发展，智能化要求越来越高，智能反冲洗高压过滤站毕竟属于终端控制执行装置，综采面设备相互间的信息交流不可避免，其从属地位难以改变，因此迫切需要建立与上位机的通信和数据交换功能，融入综采工作面的设备控制体系。

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[责任编辑：邹正立]

[作者简介]田成金(1979-)，山东费县人，副研究员，从事综采工作面液压支架电液控制系统和自动控制技术方面的研究开发工作。

[基金项目]国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2013AA06A410)

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

[收稿日期]2015-05-20

[中图分类号]TD407

[文献标识码]A

[文章编号]1006-6225(2015)06-0044-03