液壓支架姿態(tài)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

張麗霞

（晉能控股裝備制造集團(tuán)大同機(jī)電裝備有限公司，山西 大同 037000）

就煤礦而言，其井下支護(hù)最關(guān)鍵的就是液壓支架，使用的液壓支架是否安全、可靠、穩(wěn)定和其綜采作業(yè)是否安全的關(guān)聯(lián)性比較大。由于井下綜采越來(lái)越信息化與智能化，就慢慢開(kāi)始使用液壓支架的跟機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，這樣就使支架更加安全，使支架調(diào)整更加高效。可是，因?yàn)榫掠斜容^復(fù)雜的地質(zhì)條件，所以，當(dāng)液壓支架進(jìn)行跟機(jī)運(yùn)行時(shí)，就存在沒(méi)有調(diào)整到位的狀況出現(xiàn)，此時(shí)，就要借助人工來(lái)對(duì)調(diào)整實(shí)施輔助，就會(huì)對(duì)支架跟機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制技術(shù)在井下的使用有很大影響，并且也會(huì)對(duì)井下綜采作業(yè)的安全性與效率有很大影響[1]。

能否準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)液壓支架所運(yùn)行的姿態(tài)決定了液壓支架可不可以及時(shí)調(diào)整與調(diào)整到位，固有的支架位姿監(jiān)測(cè)就是監(jiān)測(cè)工作的壓力，若判斷模式比較單一，以地形比較復(fù)雜為前提，不能使監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確這一需求得到滿足，所以，將新型液壓支架智能姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給提出來(lái)，把多傳感器監(jiān)測(cè)當(dāng)作中心，經(jīng)過(guò)綜合判斷與監(jiān)測(cè)模式，來(lái)監(jiān)控支架所有運(yùn)行情況。按照使用得知，提出的新型液壓支架智能姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提高其姿態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，提高了88.4%，使其不間斷運(yùn)行監(jiān)測(cè)、調(diào)整與報(bào)警得以實(shí)現(xiàn)，非常值得推廣[2]。

1 多傳感器信息融合智能監(jiān)測(cè)的基本原理

把不同的多個(gè)傳感器所監(jiān)測(cè)的所有信息的分析與匯總就是多傳感器信息融合，在進(jìn)行分析期間，可以按照監(jiān)測(cè)目標(biāo)所發(fā)生的所有數(shù)據(jù)來(lái)自動(dòng)將決策層、特征層、數(shù)據(jù)層這3部分進(jìn)行融合，以下就是多傳感器信息融合所具有的優(yōu)勢(shì)：

（1）非常多的信息被多信息融合技術(shù)所分析與歸類(lèi)，且分析與歸類(lèi)是比較智能的，在有重合數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)篩分重合部分，防止重復(fù)進(jìn)行分析，使數(shù)據(jù)分析更加準(zhǔn)確、更有效率；

（2）因?yàn)槎鄠鞲衅饔蟹浅４蟮臄?shù)據(jù)量，傳感器不同，其監(jiān)測(cè)信息的局限性也會(huì)不同，整個(gè)液壓支架運(yùn)行狀態(tài)的有效判斷不能由單一數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)分析融合的數(shù)據(jù)，就可以分析整個(gè)液壓支架運(yùn)行情況，使數(shù)據(jù)分析更加可靠與準(zhǔn)確；

（3）系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，因?yàn)榫掠斜容^惡劣的施工環(huán)境，所以，當(dāng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，就會(huì)有不少干擾源出現(xiàn)，使數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的最后結(jié)果的精準(zhǔn)程度降低，通過(guò)對(duì)信息融合技術(shù)的使用，可以將識(shí)別干擾信號(hào)這一效果提高，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定[3]。

將多數(shù)據(jù)模塊組合這一模式使用到多傳感器信息融合系統(tǒng)中，由于模塊的不同，所以，所承擔(dān)的功能也不同，比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、較好的可靠性，可以按照真實(shí)狀況來(lái)拓展，這樣可以更加靈活的使用。圖1就是其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 多傳感器信息融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由于要準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)信息，就會(huì)將同種類(lèi)型的傳感器使用到此系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)層中，這樣可以準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)信息，有助于修整數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的偏差量，有比較大的運(yùn)算量出現(xiàn)在該層級(jí)中。由于要將較大數(shù)據(jù)運(yùn)算量這一缺點(diǎn)進(jìn)行解決，就會(huì)將數(shù)據(jù)信息融合結(jié)構(gòu)中的特征級(jí)層的融合使用到系統(tǒng)中，該結(jié)構(gòu)可以提前把其數(shù)據(jù)信息合并與分類(lèi)，進(jìn)而使運(yùn)算量下降，可是，此層級(jí)運(yùn)算結(jié)構(gòu)中存在的缺點(diǎn)就是不能快速融合傳感器中的數(shù)據(jù)，且傳感器的類(lèi)型不同，所以，將信息和決策融合技術(shù)使用到系統(tǒng)中，第一步就是要關(guān)聯(lián)分析與收集傳感器數(shù)據(jù)信息，且傳感器的類(lèi)型是不同的，繼而在進(jìn)行提交，并運(yùn)算，進(jìn)而使系統(tǒng)整體的可靠性與穩(wěn)定性提高，圖2就是其運(yùn)算決策結(jié)構(gòu)圖。

圖2 運(yùn)算決策結(jié)構(gòu)示意圖

2 設(shè)計(jì)液壓支架的硬件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

由于要使液壓支架能夠可靠工作，第一步要做的就是提取其最主要的運(yùn)行參數(shù)，然后確定了其位移、傾斜度與工作壓力等信息就是數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)參數(shù)，采集的所有數(shù)據(jù)信息會(huì)被數(shù)據(jù)接口傳遞至測(cè)控中心，然后在被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施數(shù)據(jù)融合，使數(shù)據(jù)信息更加安全，圖3就是其結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 液壓支架硬件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

從圖3能夠發(fā)現(xiàn)，位置監(jiān)測(cè)、慣性測(cè)量、傾角單元等模塊構(gòu)成了液壓支架硬件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。使用到傾角單元模塊的傳感器是固體的、搖擺式的。井下的液壓支架的一般工作傾角在20°~40°的范圍中，所以，在對(duì)傾角傳感器進(jìn)行選擇時(shí)，一定要在20°~40°的范圍中，不用將測(cè)量范圍變大，進(jìn)而可以將成本降低。由于要準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，要在液壓支架中有較好穩(wěn)定性的位置上設(shè)置傳感器，防止在工作時(shí)因?yàn)槲恢冒l(fā)生改變而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性下降[4]。

當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)時(shí)，其運(yùn)行狀態(tài)要被相應(yīng)的傳感器所監(jiān)測(cè)，繼而在把所監(jiān)測(cè)的所有數(shù)據(jù)信息直接傳送至多傳感器信息融合系統(tǒng)中，然后采集的所有數(shù)據(jù)信息會(huì)被系統(tǒng)所分析，在明確有異常信息出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)主動(dòng)報(bào)警，還要對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步確定故障的原因及位置，由于要迅速將故障所提供的有關(guān)數(shù)據(jù)支撐解決好，就要保證迅速地解決與定位故障[5]。

3 仿真分析

由于要分析液壓支架智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際使用狀況，就要選取MATLAB 仿真分析軟件來(lái)分析此支架的控制系統(tǒng)具體位置監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度，將ZY9200型液壓支架當(dāng)作案例，ZY9200型液壓支架所在的位置是井下巷道中采煤機(jī)的最前部，要按照采煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行來(lái)自動(dòng)移架，通過(guò)使用實(shí)物測(cè)量與仿真分析來(lái)分析該系統(tǒng)實(shí)際使用所具有的可靠性[6]。當(dāng)仿真分析過(guò)程中，會(huì)對(duì)液壓支架設(shè)置移架，移架次數(shù)是6 次，且6 個(gè)移架的位移值是0.64m、0.7m、0.63m、0.45m、0.65m、0.65m，當(dāng)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)[7]，液壓支架上活塞桿所設(shè)置的作用力是1149kN，其液壓油所設(shè)置的工作壓力是9MPa，圖4 就是實(shí)物測(cè)量與仿真分析結(jié)果的對(duì)比圖。

圖4 液壓支架仿真分析與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比圖

從圖4可以發(fā)現(xiàn)，仿真分析與實(shí)際測(cè)量二者在測(cè)量點(diǎn)的結(jié)果是一致的，且測(cè)量點(diǎn)是6個(gè)，偏差量最大值是0.01m，監(jiān)測(cè)的井下液壓支架運(yùn)行姿態(tài)的準(zhǔn)確度在上下0.006mm 左右，和固有監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行比較，升高了88.4%，使所監(jiān)測(cè)的液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)更加智能，使井下的支架可以穩(wěn)定與準(zhǔn)確運(yùn)行[8-10]。

4 結(jié)束語(yǔ)

就液壓支架的姿態(tài)監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有較高的效率與精準(zhǔn)度是其所存在的缺點(diǎn)，就將新型液壓支架智能姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)給提出來(lái)，經(jīng)過(guò)對(duì)多傳感器信息融合系統(tǒng)進(jìn)行使用，可以使所監(jiān)測(cè)的多傳感器更加可靠，按照實(shí)際測(cè)量與仿真分析進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：

（1）重合部分會(huì)被系統(tǒng)篩分是多傳感器信息融合所存在的優(yōu)點(diǎn)，防止重復(fù)分析，使數(shù)據(jù)分析更加準(zhǔn)確、更有效率；

（2）位置監(jiān)測(cè)、慣性測(cè)量及傾角單元等模塊構(gòu)成了支架運(yùn)行狀態(tài)硬件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)具有較好的穩(wěn)定性與較高的靈活性；

（3）新型控制系統(tǒng)可以使監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度上下在0.006m 左右，和固有監(jiān)測(cè)方式相比較，升高了88.4%，使井下的支架可以穩(wěn)定與準(zhǔn)確運(yùn)行。