一種基于CAN總線結(jié)構(gòu)的綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)

摘 要：本文著重從電液控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成以及系統(tǒng)控制原理等方面介紹了一種基于CAN總線結(jié)構(gòu)通信的煤礦綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)，同時(shí)介紹了CAN總線通信結(jié)構(gòu)在電液控制系統(tǒng)中的通訊優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：CAN總線；煤礦；液壓支架；電液控

1.系統(tǒng)硬件組成及工作原理

本系統(tǒng)采用CAN總線組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的組件主要由液壓支架控制器、127/12V防爆直流穩(wěn)壓電源、電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng)器、壓力傳感器、行程傳感器、紅外接收傳感器、紅外發(fā)射器和兩種電纜組成。其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

1.1 液壓支架控制器

每一臺液壓支架上都安裝了一臺液壓支架控制器，液壓支架控制器的核心為一塊工業(yè)級可編程芯片。通過搭接外圍電子電路實(shí)現(xiàn)子控機(jī)的控制、通訊功能。液壓支架控制器通過壓力傳感器、行程傳感器、紅外傳感器、人機(jī)操作通訊面板采集外界信號。液壓支架控制器接收到上述器件采集到的信號后經(jīng)過其內(nèi)部的CPU處理器運(yùn)算、處理。處理結(jié)果經(jīng)過串行通訊將指令下達(dá)給電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器將所接收到的指令進(jìn)行解碼分析，最終通過執(zhí)行元件電磁先導(dǎo)閥組控制液壓控制組件完成相應(yīng)動(dòng)作指示。

1.2防爆電源

本控制系統(tǒng)配備了專用的雙路防爆電源箱。雙路防爆電源箱是液壓支架電液控制裝置專用的電源變換裝置，它從工作面接入127V交流電源，變換成12.5V的直流電源，向系統(tǒng)各類設(shè)備供電。電源箱內(nèi)裝有二個(gè)獨(dú)立的AC/DC膠封模塊，構(gòu)成獨(dú)立的雙路電源，每路額定負(fù)載電流1.5A，可向4個(gè)相鄰的支架控制器供電，每路電源都具有輸入過壓保護(hù)、雙重截止式快速過流和過壓保護(hù)、可帶載啟動(dòng)和自動(dòng)恢復(fù)。

1.3傳感器

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通過配套的各種傳感器來檢測和收集外界各種信號，并通過對所監(jiān)測的到各種信號進(jìn)行分析和處理來判斷系統(tǒng)現(xiàn)有狀況，進(jìn)而發(fā)出動(dòng)作處理信息。本系統(tǒng)在每一組液壓支架上各安裝了一個(gè)壓力傳感器，一個(gè)形成傳感器，一個(gè)紅外接收傳感器，另外在采煤機(jī)上安裝了一臺紅外發(fā)射器。

壓力傳感器是支架立柱下腔液壓力的檢測單元，它插入立柱測壓孔中，根據(jù)其檢測到的壓力實(shí)時(shí)監(jiān)視支架的支護(hù)狀態(tài)，向系統(tǒng)提供控制過程的重要參數(shù)。傳感器內(nèi)具有帶溫度補(bǔ)償?shù)牡推品糯笃鳎瑐鞲性殡娮钁?yīng)變橋路，采用整體膠封。

行程傳感器是推移千斤頂活塞桿移動(dòng)行程的檢測單元，反映支架或推桿所處的位置，是控制過程的重要參數(shù)，推移千斤頂活塞桿位置決定推溜移架的進(jìn)程。行程傳感器裝在液壓缸中，是一個(gè)細(xì)長的直管結(jié)構(gòu)，一端固定在液壓缸端部，管體深入到活塞桿中心專為其鉆出的長孔中，管體內(nèi)沿著軸向有規(guī)則布置著密排的電阻列和干簧管列，它們連接成網(wǎng)絡(luò)電位器的電路。活塞內(nèi)嵌裝著一個(gè)套在傳感器管上的小永磁環(huán)，隨著活塞桿移動(dòng)，它的小磁場使所到位置的干簧管接點(diǎn)閉合，相當(dāng)于電位器的移動(dòng)觸刷走到了這個(gè)位置，電位器輸出值的變化反映了行程的變化。

紅外發(fā)送器安裝在采煤機(jī)上，紅外接收器安裝在支架立柱上，正對著采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射器，并與發(fā)射器處在同一高度。編碼紅外線信號從采煤機(jī)上的紅外線發(fā)射器發(fā)出，射向支架立柱上的紅外接收器。接收器接收到紅外線信號后，經(jīng)內(nèi)部電路的處理變換，通過電纜向支架控制器輸入模擬電壓信號。支架控制器接到此信號后，向支架電控系統(tǒng)發(fā)布采煤機(jī)的位置。從而控制支架的動(dòng)作。

1.4電磁驅(qū)動(dòng)器

電磁閥驅(qū)動(dòng)器接在支架控制器與電磁先導(dǎo)閥之間，它接收來至支架控制器的控制命令，進(jìn)行解碼后，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電磁先導(dǎo)閥換向，經(jīng)過液控系統(tǒng)，控制支架的動(dòng)作。采用整體膠封，與支架控制器用4芯電纜連接，同步串行通信，與電磁先導(dǎo)閥用4芯赫斯曼接口，共電源，低端控制。

1.5電液驅(qū)動(dòng)閥組和液壓控制輔助組件

電液驅(qū)動(dòng)閥組為本系統(tǒng)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)元件，與液壓控制輔助組件相互配合來執(zhí)行系統(tǒng)預(yù)期的動(dòng)作指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對液壓支架的控制功能。電液驅(qū)動(dòng)閥組為單元組合結(jié)構(gòu)。每個(gè)單元包括液動(dòng)的主控?fù)Q向閥和對應(yīng)的電磁先導(dǎo)閥，電磁先導(dǎo)閥是靠電磁線圈通電產(chǎn)生的吸力而動(dòng)作的，一個(gè)單元有兩個(gè)電磁線圈，分別控制兩個(gè)動(dòng)作。電磁先導(dǎo)閥的動(dòng)作除了靠電磁線圈的吸力，還可以直接推壓推桿的外端，推桿帶動(dòng)先導(dǎo)閥芯動(dòng)作。推桿外端封有膠護(hù)罩，供手動(dòng)按壓。在停電、電控系統(tǒng)有故障或其他臨時(shí)不使用電控系統(tǒng)的情況下，作為應(yīng)急操作，可直接按推桿使先導(dǎo)閥動(dòng)作，但不允許經(jīng)常這樣操作，因?yàn)橐讓?dǎo)致?lián)p壞。

2.結(jié)束語

本文所介紹的此系統(tǒng)為筆者在生產(chǎn)實(shí)際中所使用過的一套國產(chǎn)電液控系統(tǒng)。從使用過程中來看，國產(chǎn)電液控技術(shù)已基本成熟，對于煤礦地質(zhì)條件較好的工作面可以基本實(shí)現(xiàn)液壓支架電液控功能。但是當(dāng)遇到工作面地質(zhì)條件有所變化時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)表現(xiàn)出不足之處。因此國產(chǎn)電液控系統(tǒng)還存在一定的技術(shù)提升空間。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：呂艷龍（1983～）男，2010年畢業(yè)于西南科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，機(jī)電助理工程師，現(xiàn)于開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司綜采三隊(duì)負(fù)責(zé)機(jī)電技術(shù)管理工作。