液压支架电控系统研究（精选四篇）
液压支架电控系统研究 篇1
随着液压支架电控系统的应用,综采工作面实现了机械化到自动化的转变。综采工作面环境恶劣,噪声大,粉尘多,操作人员视线受到限制,无法确定支架动作范围内有无人员作业,造成安全隐患。同时,电控系统执行自动控制时,需要明确执行区域内没有人员存在。人员感知模块即为解决上述问题而设计。该模块通过微波与红外探测相结合,可检测移动、静止人员,并提供反馈信号,同时配合其他传感器,如压力传感器、位移传感器等,为液压支架的操作提供安全保障。
1 模块设计原理
人员感知模块组成如图1所示。其采用模块化设计方式,通过四芯SKK24接口与支架控制器连接,内含电源线、地线和RS485信号线,既可作为液压支架电控系统的人员感知模块,又可作为安防设备的防入侵探测模块。
人员感知模块采用Cortex-M3内核的LM3S2965微控制器作为MCU[1],实现待机,电压、电流监测,信息接收与处理,人员感知,监测状态上传等功能。电源采用12V供电,内置高效率、低功耗的电压转换电路,提高工作电压的稳定性。通信单元采用RS485总线方式,技术成熟,性能稳定,可实现长距离数据传输。人员感知模块采用微波和红外结合的方式,微波探测单元通过多普勒效应探测当前支架动作范围内有无移动物体,MCU接收到信号后,打开红外感知单元,通过人体红外特征感知当前物体是否为工作人员。
图1 人员感知模块组成
2 模块硬件设计
2.1 电压转换电路
电压转换电路如图2所示。电源由支架控制器通过电缆接入,经过二极管D1,D2,熔断式保险丝接入开关电源。双二极管提高了保护性能,达到本质安全设计要求;熔断式保险丝实现过流保护。R4,R14为高精度电阻,采用分压原理,将较低电压传送至MCU的AD接口,实时监测供电电压。D11,D12用于保护MCU引脚,防止受到过压、负压等损坏。电流采集芯片MAX4372用于实时监测人员感知模块的工作电流,通过采样电阻R2,MAX4372的OUT端输出采样电压,经计算得到模块工作电流。为防止电流过大等原因损坏R2,R2选用大功率直插式电阻。MCU、RS485通信单元和微波探测单元等采用3.3V或5V供电,12V电压经开关电源LT3840转换为所需电压。LT3840功耗小,效率高,输出电压可调,最大限度地提高了电源转换效率,减少因发热等损耗的能量,同时体积小,节约电路板空间。通过调节R15,R19阻值,可以方便地调节电源输出电压。瞬态抑制二极管D4用于保护电源失效等未知情况的电源故障,防止12V电源接入后续电路,损坏元器件。
2.2 RS485通信单元
人员感知模块通过RS485通信单元与支架控制器构建联系,RS485通信单元电路如图3所示。RS485收发器SP3485EN数据接收端和发送端均通过光电耦合器HCPL2630与MCU连接,保证了通信的本质安全要求。HCPL2630输入与输出端口间采用硬件隔离,电信号传输具有单向性等特点,具备良好的电绝缘能力,同时其输入端属于电流型工作的低阻元件,共模抑制能力较强,提高了通信的稳定性和抗干扰能力。TVS二极管SM12具有反应速度快、过电流大等特点,可实现RS485通信的浪涌过电压保护。R6为终端电阻,有效减少了信号反射等影响。
图2 电压转换电路
图3 RS485通信单元电路
2.3 红外感知单元
红外感知单元电路如图4所示。红外传感器RE200B用于探测是否有工作人员存在,当探测到人员存在时产生微弱的电平信号,通过由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用芯片BISS0001[2]对信号进行调理后,经VO端口输出并连接二极管D19及三极管Q6。MCU采集Q6集电极电平高低变化,以此确定是否感知到人员存在。同时,MCU通过控制Q5导通与否,实现BISS0001工作与关闭,降低功耗。二极管D17,D19具有单向导通功能,提高了控制的稳定性,同时防止MCU管脚因电压过高而损坏[3]。
图4 红外感知单元电路
2.4 微波探测单元
微波探测单元电路如图5所示。微波模块HB100为电路核心,以LM324为外围电路。MCU生成的PWM波控制Q3通断,在低占空比脉冲供电(PW)模式下工作时,由宽度为20μs、频率为2.0kHz的脉冲供电,10%的占空比脉冲供电时平均电流为1.2~4mA,有效降低了电路功耗。当探测到人员时,HB100的IF脚输出信号,经C19(滤除直流信号),R33耦合到LM324同相输入端进行放大。方波通过C20,R34耦合到LM324构成的比较电路,转换为相同频率方波,传输至MCU管脚PD1。高低电平的变化触发MCU中断程序,计算出频率值,根据频率变化确定是否有人员变化[4]。
图5 微波探测单元电路
2.5 其他单元
声光报警单元用于支架动作前和支架动作中的警示,声音和灯光可同时或单独启动。多个LED指示灯指示电源通断、程序运行状态等。数字地和电源地有效隔离,增强了模块的稳定性和抗干扰能力。温度监测单元用于监测当前环境实时温度,修正探测误差。
3 模块软件设计
人员感知模块软件主要完成电源电压稳定性监测、模块工作电流监测、指令接收、数据上传、探测单元功耗控制、探测信号接收、声光报警、温度监测等功能。软件流程如图6所示。
图6 人员感知模块软件流程
人员感知模块通信协议采用MotoBus协议,应用中只需发布对应的数据链表即可实现集成应用。为保证通信的稳定性和准确性,防止通信数据丢失,增加了通信缓存队列设计,并计算了通信冗余量。探测信号处理程序基于模糊路基数码分析算法[5],具备全范围精密温度补偿,抗干扰能力强,可防误报,提高了人员感知模块的灵敏度和准确度。
4 结语
液压支架电控系统人员感知模块可实现液压支架执行动作前获取人员所在位置信息的功能,以保证工作面所有人员的安全,具有很好的应用前景。
参考文献
[1]赵曼,武风波,汪正进,等.矿井信号收发器通信模块设计[J].工矿自动化,2014,40(12):9-12.
[2]曾李荣.红外热释电BISS0001处理芯片级电路的应用[EB/OL].[2012-4-10].http://wenku.baidu.com/view/09ecaf777fd5360cba1adb56.html?re=view.
[3]严刚峰,方红,杨维,等.减小干扰源耦合影响的电路设计探讨[J].工矿自动化,2014,40(5):22-26.
[4]Agilis通信技术公司.HB100微波模块使用说明书[EB/OL].[2014-08-20].http://wenku.baidu.com/view/aa24b94b852458fb770b56f0.html?re=view.
液压支架电控系统研究 篇2
3系统耦合性关键点解决方案
液压支架跟机自动化控制系统是一项大的系统工程，系统内部各部支架耦合匹配至关重要，对该系统运行过程中的几个关键点进行重点分析：(1)跟机速度与采煤机运行速度耦合性控制。根据《煤矿安全规程》及《综采工作面作业规程》要求，一般条件下滞后采煤机后滚筒5～10架移架，顶板条件不佳时，滞后采煤机后滚筒3～5架追击移架。以MG150/375-W为例，其牵引速度为0～7.7m/min，以平均速度5m/min、单台液压支架宽度1.5m为例，每台液压支架的降架、拉架、升架时间应为1.5/5min，即18s，才能保证跟机速度与采煤机运行速度的匹配关系。如果速度不匹配，则会造成拉架滞后或跟机过紧的不利局面。(2)跟机控制与液压系统耦合性控制。根据上文分析，液压供液系统需要保持足够的供液压力及流量来保障液压支架的组合动作，从而满足采煤机运行速度较快时多台支架同时操作的条件;同时，必须保证液压支架的工作系统状态良好，具备可靠的牵拉操作条件，防止因支架牵拉故障造成动作缓慢、跟不上采煤机运行的情况出现。(3)跟机控制与端头割煤工艺耦合性控制。液压支架跟机自动化控制系统的关键控制区域在于端头三角煤处，两端头处割煤涉及单向割煤、双向割煤、反刀、支架跟机特别控制等特殊工艺。如图2所示，在两端头三角煤区域设置几个关键点解决采煤机端头作业时液压支架的灵活控制问题。在采煤机完成端头作业并反刀后再实施跟机拉架，并调整传感器灵敏度，适时地在拉架操作前进行伸前探梁、伸护帮板等临时支护。
4应用及展望
基于以上原理及流程所研发的ZDYZ型液压支架跟机自动化控制系统已在国内部分矿井进行应用，在工作面条件良好时取得了十分优异的应用效果。同时，基于系统自带的参数互馈调整、故障识别、自我保护等功能，特殊地质条件的适应性和现场具体生产条件的应变性均得到较大提升，促进了综采工作面无人化、智能化的发展，但在传感器的识别精度、参数反馈修正的速率、特殊地质生产条件的适应性方面仍需进一步研究及改进。
参考文献
[1]曹秋明.综采液压支架跟机自动化智能化控制系统管窥[J].西部探矿工程，2018，30(9)：188-190.
[2]牛剑峰.综采液压支架跟机自动化智能化控制系统研究[J].煤炭科学技术，2015，43(12)：85-91.
[3]余建林.综采“三机”联动控制系统研究[D].西安：西安科技大学，2015.
[4]陶显，林福严，张晓青，等.液压支架电液控制系统跟机自动化技术研究[J].煤炭科学技术，2012，40(12)：84-87.
[5]宋单阳，宋建成，田慕琴，等.煤矿综采工作面液压支架电液控制技术的发展及应用[J].太原理工大学学报，2018，49(2)：240-251.
液压支架电控系统研究 篇3
摘 要：在井巷工作面的开拓生产中，液压支架是保证井下生产的最主要安全决定因素。而伴随着现代开采力度的不断提升，如何适应井下开采进度进行移架速度上的控制，就成为了一项重要指标，而本文针对于此进行简要讨论，分析其中的量化设计标准，从根本的设计理论上，实现对科学化液压支架的移动方式进行讨论分析。
关键词：液压支架；控制系统；大流量阀；移架速度；定量化
中图分类号： TH137.52 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-125-2
0 引言
在进下开产工作中，液压支架是不可或缺的主要支护设备，作用于对顶底板之间的围岩压力保护，从系统上设计的安全性来看，其中不同的经验选定模式，也还需要加强对移架方面的处理。通过对安防系统的保护，从而确保生产的正常运行。而在这一控制系统的流量阀结构，主要如图1所示。而在实际的定量使用中，需要加强如下几点的发展分析。
1 液压支架的液压系统结构分析
液压支架的动力系统，主要由其基本的液压系统来提供。其主要的液压系统压力损失流程如图2所示。
简化架构如图3所示。
2 液压支架立柱升降分析
由于支架液压系统在任务执行过程中，主要分为立柱和千斤顶两个部分，对于立柱以及千斤顶的使用结构，保证对使用规格上的体积面积调整，从而实现对液体作用比值方面的有效控制。对于立柱比值的控制，其液压的支撑移动计算方法，如下式所示。
p7Q7-p8Q8-（p7-p8）△Q=Fv
在这个式子中，△Q表示的就是运行过程中的内部泄露量。在液压支架使用过程中，如使用串联系统，那么其支架系统中的液压元件，也都应当保持密封性，在满足间隙密封的额状态下，实现对损失力度上的保持作用。而对于不同的运用情况，空载状态下的渗出属于全流量，而负荷状态下则为非全流量。
3 如何提高支架的移动速度
通过以上的分析我们可以得出一个简单的结论，为改善不同使用方法的使用功率，从而完成对额定流量的提升。而在进行移动速度上的提升上，增加最大流通面积，也能够在一定程度上，降低对压力损失。而实际的使用过程中，为优化流量阀，可通过对以上两种方法的确定，从而更进一步的完善对系统压力损失流域上的保护保障。在进行液压支架的坐标元件负载保护上，如图4所示的流量指标。
通过立柱速度效果上的提升，确保对升降速度上的改良改进。其中对于液压支架的使用全过程保护控制，也能够更好地满足施工团队的实际工作需求。
4 液压支架的升降速度计算实例分析
对于液压支架的升降柱保护计算进度，我们需要从多个角度来确定其不同试验标准内部的流体阻力系数监督。其被检测的系统条件保持为：泵站回液管长度60m；泵站额定流量200L/min；回液管通经25mm；泵站额定压力31.5MPa。对于其主要的元件阻力系数结构如表1所示。
在进行计算的过程中，其主要方法如图5所示。其中，1、2、3、4、5分别表达的是，流量传感器（1）、压力传感器（2，4）、被检测元件（3）和油源（5），其实际的阻力系数也满足了上表中的主要数据。
立柱的升降速度在计算过程中，需要考虑得到空载与运行的不同情况。而由于恒流量的结构，对泵的额定流量计算问题等，都可能产生较大影响，因此需要考虑到升柱的升降速度，并依照检测标准，确定对最终速度流向上的控制表达，通过执行表达方式，确保对最终检测结果上的判定，从而完善对液压流体模型在仿造过程中的安全使用效果。
而在完成了对数据的分析计算后，还需要加强在检测信息上的判定分析，其中主要包括了检测数据本身的误差率，并通过信息调整，进而完成对误差上的尽可能降低。而在进行信息的分析过程中，也就需要对不同的误差成因进行严密审查。
5 总结
伴随着现代机械化生产的不断推进，井下安全生产的总体纲要，就在于如何运用多样化的生产模式推进对今后生产需求上的速度控制，而如何通过这一方法来确定更好的进展，依照相应的检测效果判定对最终的信息流向判定，也就成为了今后的工作要点。而在今后的液压支架控制系统中的大流量阀移动速度的定量控制上，还需要进一步的进行研究。
参 考 文 献
[1] 韩伟.液压支架控制系统大流量阀与移架速度定量化研究[D].煤炭科学研究总院，2006.
[2] 任俊琴.大流量电液换向阀动态特性仿真及流场分析[D].太原理工大学，2015.
[3] 郑环峰.液压支架用高水基大流量电液换向阀性能的理论分析与研究[D].郑州大学，2011.
[4] 许敏影.液压支架插装式电磁阀动态特性的数值解析[D].兰州理工大学，2013.
[5] 魏中良.本质安全型大流量电磁球阀的研究[D].太原理工大学，2014.
液压支架电控系统研究 篇4
在RS20系统送电前先把IPS的主控开关旋转到“OFF”位置。在智能电源IPS上进行接地测试。将主控开关从OFF打向EARTHTEST接地测试位置, 若阻值小于1K, 则显示红灯亮。若阻值小于100K, 大于1K, 则显示黄灯亮。若阻值大于100K为正常, 则显示绿灯亮。
测试正常后, 为SCC和IPS送电, 检查SCC的工作情况, 如果SCC的通讯故障指示灯不亮, 表明SCC送电正常。
SCC送电后, 要进行下面三个扫描检查过程:
地址扫描。SCC为每个SIM设置一个地址, 这个扫描过程从第1架开始, 按顺序进行到最后一架。
校验扫描。SCC检查每一个SIM的程序。求出SIM所包含程序的校验即程序的大小。如果校验的与SCC的要求不相符, 这个SIM就被关闭。这个扫描检查过程从最后一个SIM开始, 按顺序进行么第一个SIM。
上电扫描。SCC开启所有的SIM, 每一个被开启的SIM都会发出嘟嘟声。这个扫描检查过程从第一个SIM开始, 按顺序进行到最后一次SIM。
在进行第一个和第二个扫描过程期间, 工作面操作人员, 不应操作任何按键。
在校验和扫描检查期间, SCC的软件要验证工作面所有SIM的校验值, 和保存在SCC中的值相吻合, SIM才能运行它的主程序。工作面支架方可正常操作。
RS20电控系统故障分析及处理
根据我的实际工作经验, 对RS20电控系统不稳定故障率高, 找故障点难, 影响和平时间长, 进行分析, 造成久益RS20电控系统不稳定故障多的主要原因是19心架间电缆插头与SIM插座接触不良, 造成SIM与主机SCC通讯中断或不能复位, 使系统不能正常工作, 根据RS20电控系统的故障特点总结主要有三种故障类型:系统复位故障;接地漏电故障;通讯线路故障, 的处理顺序和方法, 帮助检修人员快速排除故障。
1 急停复位系统故障:
1.1 故障分析:
智能电源IPS内部有5个继电器1, 急停复位系统故障和系统压力, 如果有一个继电器送不上电, 都不能使系统复位, 工作面电磁阀电压送不上。IPS内部的1。2继电器检测着急停复位系统, 当复位按钮下时继电器1、吸合给工作面终端一个直流信号, 当终端接收到直流信号后, 产生一个间歇的交流信号通过工作面每台支架SIM上的急停按钮反馈到智能电源IPS中, 当智能电源接收到终端信号后内部继电器2、吸合开启工作面电源闭锁装置向工作面电磁阀供电。IPS面板终端信号监控指示灯 (RADIOTX) 显示正常接收终端间歇信号。3、4、5继电器控制大流量关断阀和系统压力, (此项功能未投入, 现用试验头短接) 由此可见造成复位系统不能正常复位的主要原困顺槽电缆, 架间电缆插头接触不良和SIM急停按钮损坏或急停按钮被操作, 使急停检测信号中断, 终端检测信号与智能电源IPS不能形成回路造成复位系统不能正常复位。
1.2 处理方法:
SIM急停按钮损坏或急停被操作, 一般通过SCC主机扫措能检测出来, 进入传感器和诊断菜单, 查看急停供电电压示意图 (ESTOP、FEED、VDTGE、PROFILE) 急停按钮损坏或急停被操作的SIM电压为零。
智能电源IPS显示窗 (E/SLOCAILN、FAULT、NO) 并显示具体位置, 显示 (100) 则是100号支架急停按钮损坏或急停被操作。
如果是架间电缆与SIM连接插头接触不良使终端检测信号与智能电源IPS不能形成回路造成的系统不复位, 智能电源IPS显示窗显示 (———) 此符合, 不显示数字符号。
此类故障SCC也检测不到, 只能采取二分之一分断检查法, 查找不复位故障, 首先关闭SCC主机 (因为系统不正常时SCC不断进行重复扫描, SCC在扫描过程中所有SIM被关闭影响查找复位故障) 用分段检测复位的方法进行查找故障点。首先在第一台支架SIM上插上终端是否能复位, 如能正常复位说明主机, 顺槽传输电缆到第一台支架SIM没有问题。用二分之一分断法在工作面中心架间电缆插上终端相看是否能复位, 如果能复位则故障点在工作面后关部, 继续在后关部分段查找缩小故障范围, 找到故障点后, 更换SIM或架间电缆再用绝缘清洗济清除电缆和SIM插头的煤粉保证接触良好。
如果智能电源IPS显F1表示IPS内部急停信号输出, 则是检测电路和急停振荡电路故障, 应更换智能电源IPS。
系统在复位期间智能电源IPS显示窗显示的故障信息。
显示屏显示F1, 表明急停信号有故障, 故障可能在终端插头或IPS内部。显示屏显示F2, 表明无急停信号。故障是由于连接电缆中断造成的。显示屏显示F3, 表明关断阀中电磁阀有故障。显示屏显示F4, 表明系统压力低于100BAR。显示屏显示F5, 表明电磁阀电源存在短路。
2 系统接地漏电故障
2.1 接地漏电故障分析:
该系统经常出现漏电现角, 应及时检查处理, 严得漏系统通讯信号损失增大使主机SCC无法正常投入使用。由于支架是跟媒机随时移动的设备, 架间电缆和架内传感器电缆经常挤拉, 造成电缆绝缘层和电缆插头损坏进水使系统漏电。SCC主机是由386计算机组成的, 因此对系统要求比较高, 系统漏电电阻不能小于100K, 阻值过低信号衰减增大, SCC主机不能正常与工作面SIM通讯, 系统不断重复扫描, SCC不能正常工作。
2.2 检查处理
首先将主机SCC关闭, IPS智能电源带有漏电检测系统, 将主令开关打向接地测试位置 (EARTH、TEST) , 能测试系统的电源地线和屏蔽线之间的电阻。并能通过漏电指示灯的三种不同颜色显示出来。将智能电源的主令开关从ON打向漏电测试 (EARTH、TEST) 位置。
系统漏电阻值小于1K, 则红灯亮, 大于100K侧绿灯亮:若阻值小于100K或大于1K则黄灯亮:系统正常工作值应在100K以上, 出现漏电现象多数都是电磁阀驱动器、传感器和电缆漏电, 检查此故障也应采取二分一分段检查法查找故障点。确定故障所在的架号后, 首先断开SIM直电磁驱动器的电缆, 再进行漏电测试。
如果测试正常, 问题在电磁驱动器和传感器电缆漏电, 应进一步检查更换。
如测试漏电存在, 问题则是SIM和架间电缆漏电, 应更换, 在检查过程中工作面可能出现多处漏电, 应按此方法逐步检查排除。
3 系统通风故障
3.1 通讯故障分析:
系统的通讯是指支架控制中心SCC与工作面每台支架SIM相互传递信息、指令。
主机SCC已周期扫描的方工检测控制着台SIM的工作状态和性能。系统的信息传递是通过19心的架间电缆和顺槽电缆完成的。如果其中有一根架间电缆内部的通讯线断路或接触不良都会使主机SCC与工作面SIM通讯中断, 使SCC不能检测到所设定的SIM数量相符出现的线路故障。称为系统通讯故障, 出现此故障系统不能正常工作, SCC将不断重复扫描, 寻找所设定的SIM数量相符和, 与其他SIM不能通信, 故称为通信故障。
3.2 通信故障处理
首先将SCC重新启动, 系统进行重新扫描, 并在扫描过程中观察扫描进度。
在通信中断的架号扫描将这止3秒至4秒钟, 在此架号的后一架就是故障点。SCC面板上通信故障指示灯亮。待SCC扫描结束后, 进入主菜单, 选区工作面示意图 (Face、Prfile) 在看扫描结束, 再通信中断的架号出现N符事情, 此处是通讯故障点, 进入传感器和诊断菜单, 查看该SIM的参数。
SIM正常静态值为SIM电压11.5-12V, SIM电流1.0-1.2MA, 电磁阀电压11.5-12V, 急停电压11.5-12V。
应到该架号断开架间电缆, 用绝缘清洗剂清洗SIM插座和电缆插头煤粉, 并查看插针有无弯曲损坏现象, 如有进行更换, 处理完后, 再将SCC重新扫描。观察故障是否排除。如故障不能排除, 说明该架号的SIM内部问题, 需要更换SIM。
摘要：本文通知对RS20电控系统故障引发液压支架不能动作进行分析, 并给出了具体的对策, 保证了使用安全, 使得顶板得到及时支护, 降低了成本, 节省了影响生产时间, 减少了工作量, 提高了工作效率和工作效益, 得到了单位上下的好评。
