摘 要：鉴于国内液压支架控制系统过滤装置功能的不足,设计了可靠性高,功能齐全,性价比高的液压支架自动反冲洗过滤器,该过滤器具有手动反冲洗,自动反冲洗,液晶显示,故障报警,上位机通信等优点。文章详细说明了自动反冲洗过滤器的原理及软硬件设计方法。
关键词：液压支架;自动反冲洗;过滤器
中图分类号：TD355+·41 文献标识码：B 文章编号：1671-0959(2010)09-0108-02
1·概 述
近些年来,高产高效的“电液控制系统”已经普遍的应用在煤矿综采设备———液压支架上,生产效率和机械化程度都得到了很大的提高。但是,在国内液压支架控制系统中,对工作介质的过滤装置所做的研究较少,一般还采取传统的“管式”过滤方式[1]。虽然此种方法初次投入的成本低,安装结构简单,但是一旦滤网造成堵塞时,只能停机更换滤芯,由于井下环境的特殊性,不便于井下的拆卸、更换、安装,直接影响了设备的工作时间和使用寿命,并且很容易再次受到污染,导致后续运行成本提高。自动反冲洗过滤器是一种简单有效的过滤反冲洗设备,体积小、造价低、自动化程度高,便于运行管理,可长期无人运行,遇到堵塞后不需更换滤芯,可在十几秒内完成一台液压支架滤网的清洗。目前,国内外厂家生产的自动反冲洗过滤器系统多是基于PLC控制的,但是其价格昂贵,成本高,经济效益不明显。鉴于系统的控制逻辑并不复杂,对处理器的运算速度要求不高,本文使用了silicon公司的C8051F310单片机实现过滤系统的控制,可以实现对液压支架自动反冲洗和手动反冲洗,冲洗时间、压差值等各种参数的精细调节以及在液晶屏上的显示等功能。
2·自动反冲洗过滤器的工作原理自动反冲洗过滤器通过检测过滤器进出口的压力,控制电磁先导阀的开启,关闭完成对滤网的冲洗,保持滤网的清洁,其原理图如图1所示。高压液体从进口进入,由外向内经过两个并联的滤网时,乳化液里的细小颗粒等污染物被拦截在滤网的外侧,变成符合要求的干净液体,此时, P1>P2,正常过滤。随着污染物的增加,滤网外侧与内部之间的压差不断上升,当压差达到事先设定的压差值时,电磁先导阀其中一侧(如上侧)的电磁铁得电,左侧单向阀打开,使右侧高压液体由左侧滤网内部向外部沿排污口高速流出,将左侧滤网外侧的污染物冲掉,把滤网外表面冲洗干净。若冲洗右侧滤网时,电磁先导阀的另一侧电磁阀得电即可,这样就可以实现滤网的反冲洗[2]。
3·自动反冲洗过滤器的系统设计
3·1 硬件设计
自动反冲洗过滤器以C8051F310单片机为微控制器,分为几个功能模块来设计,其功能模块示意图如图2所示,主要由进出口压力信号输入,按键输入, LCD液晶显示,串口通信,电磁阀控制信号,扬声器报警等几个模块组成。
3·1·1 微控制器
微处理器模块选择了C8051FF310单片机,其具有与8051兼容的高速CIP-51内核,与MCS-51指令集完全兼容,片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件,内置FLASH程序存储器、内部RAM,具有片内调试电路,通过调试接口可以进行非侵入式、全速的在线系统调试。
3·1·2 压力信号输入模块
自动反冲洗过滤器进出口压力信号的输入直接和C8051F310单片机中的A/D通道连接,这样,简化了模拟采集的设计,从而减少了系统设计的复杂度,增加了系统的可靠性,同时减小了PCB板的面积,提高了抗干扰能力。
3·1·3 按键输入模块
按键输入模块由K1, K2, K3, K4四个按键组成。K1为系统工作界面键, K2为参数修改位选择键, K3, K4为参数加1,减1键及开阀,关阀键。
按键的功能:操作K1键,依次进入手动操作界面,定时自动反冲洗界面,压差自动反冲洗界面及参数设定界面。进入手动操作界面时,操作K3开阀,完成手动冲洗;进入定时自动反冲洗界面时,系统依据预设的参数自动工作;进入压差自动反冲洗界面时,系统依据预设的压差值自动工作;进入设定界面时,操作K2键选择参数的转换, K3, K4键实现各种参数的修改。自动工作下K2, K3, K4键无效。
3·1·4 电磁先导阀控制及报警模块
电磁阀的开启、关闭动作是由C8051F310单片机发出的一个上拉12V电位信号来控制的,当滤网的内外压差达到预设的压差值,定时反冲洗时间到。手动启动反冲洗时,单片机发出电信号,启动电磁先导阀,反冲洗滤网一段时间,然后关闭电磁先导阀。冲洗时间和冲洗时间间隔的长短,可以根据运行的效果,不断的调整和完善,通过按键输入存储,使反冲洗达到最佳的效果。
报警电路相对简单,在一个I/O口上送出调制脉冲来驱动扬声器即可。系统运行时,始终在采集反冲洗过滤器进出口的压力信号,实时的计算压差值并且不断的与预设压差值进行比较,当超过预设值10%时,输出脉冲,驱动扬声器报警。
3·1·5 液晶显示模块
考虑到实际的需要,显示采用128×64图形点阵液晶显示屏,与单片机的接口采用5位控制总线和8位并行数据总线输入输出,该液晶屏具有集成度高、性能稳定、显示效果优秀、接口简单、控制方便、人机交互界面友好等优点。液晶显示屏可以动态实时的显示反冲洗过滤器的上压,下压,压差值,冲洗时间和时间间隔等各种参数,共有手动反冲洗,定时反冲洗,压差反冲洗,参数设定4种界面,默认为压差反冲洗界面。
3·1·6 通讯模块
通讯模块采用RS-232标准接口:可以通过串行口直接与计算机相连,作为终端设备,来实现和PC机进行数据交换、参数设置等功能。
3·2 软件设计
系统软件主要由主程序和一系列的功能子程序组成。主程序主要完成系统的监控显示,以及系统的初始化、校准和数据存储等,子程序完成LCD液晶显示,界面转换,控制信号输出等功能,流程图如图3所示。
单片机初次上电时初始化,并且立即进行实时的压力信号采集,进入到默认的压差显示界面,时时检测是否有按键操作或者压差值等参数达到预设值,做出判断,调用相应的子程序进行处理。
4 结 语
该液压支架自动反冲洗过滤器具有操作简单,成本低,集成度高等优点,可以有效节省投资,改善管理。自动反冲洗过滤器的发展方向可采用网络化,远程化设计,操作人员通过上位机就可对过滤器实施各种操作,保持液压支架的最佳工作状态。
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