液压支架计算机控制系统的设计与实现.pdf

务1 lI5 地 液压支架计算机控制系统的设计与实现 Desi gn and i m pl em en t at i on of h y dr aul i c suppor t com put er cont r ol s ys t em 王荣芝 W ANG Ron g z h i 呼伦贝尔学院，呼伦贝尔 0 2 1 0 0 8 摘要 液压支架是井下重要的综采设备 ，根据人工液压支架控制的诸多不足，提出了一种基于C A N 总线的液压支架计算机控制系统，介绍了系统的组成与结构，重点阐述了实现系统的通信方 式、协议设计及控制软件设计，系统应用后对提高液压支架的自动化水平与稳定性起到了良 好的效果。 关键词 液压支架；C AN 总线 ；控制系统；协议；软件 中圈分类号 T D 4 2 1 文献标识码 A D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 4 ． 1 2 上 ． 4 2 0 引言 煤矿 井下综采成套设备 的三机一架 ，使采煤 作 业 真正 实现 了全面 机械 化 ，三 机 指 的是采 煤 机 、输送机 与掘进机 ，而一架指的是液压支架 。 液压支架通过 自身液压 系统实现 支撑 、升柱 、降 柱 等动作 的重要支护设 备，通过液压支架与掘进 机 、采煤机 等的协同工作 ，可 以大大提高煤炭开 采效率 ，提 高机 械化开 采水平，增加煤 炭产量 ， 所 以液压支 架是综合机械 化采煤过程 中必不可少 的重要机械设 备 。使用现 代科技手段，对液压支 架进行计算机 远程控 制，代替传统手工控制的方 式，可 以提 高液压 支架 的控制精度，增 强液压支 架工作的稳定性与故障的预判性，合理有效处理数 据 ，通过远程监控实现液压支架的工况监控 ，进一 步提高井下综合开采的机械化、自动化程度。 1 系统组成与结构 液压 支架计算机控制 系统主要 包括 了井上的 监控 主机 、井下 控制 中心 、CAN通 信 总线 与设 备、控制执行机构及各类传感器与红外发射器等 设备 。井上 的监控主机 主要实现的功能是对液压 支架 的工 况 信息 的实 时 监控 ，主要 对压 力 、高 度、距离、位置等进行监控 ，同时可 以直接通过 监控主机对液压支架进行控制 ，完成液压支架位 置的调整 ，对故障进行报警 。井下控制 中心主要 实现 的功能是对液压支架完成 自动控制 ，包括升 柱、降柱 、洒水 等。整个 系统的通信依靠CAN总 线与设备完成，C A N总线的最大优点是网络各节 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 O l 4 I 2 上 一0 1 5 5 0 2 点之间的数 据通信实时性 强，这样保证 了整个 系 统响应的实时性 与可靠性 。另 b CAN总线具有容 易实现 、且性价 比高等特点 ，所以在液压 支架控 制 系统 中选用 了CA N总线作 为系统 的通信系统。 液压支架控制系统总体结构图如图1 所示。 下 井 下 堕 中 心 l 信 转 换 器 监 一 一 电源 ． n 一 图1 系统结构 图 控 中心 2 系统设计与实现 2 ． 1通信方式的实现 液压支架计 算机控制 系统 的通信使用了CAN 总线 ，C A N是C o n t r o l l e r A r e a Ne t wo r k 的缩写，最 早CAN是为现代汽 车应用领域而设计开发的局域 网 ，但是 由于其 速度快、安全性 高的优 点，使其 很快得到人们的接受与认 可，并 快速在工业 自动 控制领域得到 了应用。 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 8 - 2 6 基金项目内蒙古 自治区自然科学基金项 目 2 0 1 1 B S 0 9 0 5 作者简介王荣芝 1 9 7 5一，女，河北阳原人，副教授，硕士，研究方向为软件工程S u l l 络教育应用。 第3 6 卷第1 2 期2 0 1 4 ～1 2 上 1 1 5 5 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 务l 甸 似 系统 中C AN与监控主机 的P C I 接 口需要进行 互连 ，互连选用的设备是P C I 一 9 8 2 0 1 通信接口卡， P C I 一 9 8 2 0 1 是符合 P C I 2 ． 2 规范的双端 口P C I CA N通 讯接 口卡，可以在工业环境下一 2 5 。C～ 8 5 。C的 温度范围内稳 定的工作 。打开计算机 主机箱，使 用P C I 一 9 8 2 0 1 通讯卡可以直接插在主板的P C I 插槽之 上，P C I 一 9 8 2 0 1 通讯卡提供了两路的C AN通道 ，在 板卡后面可 以直接连接使 用，通过DB9 针型 连接 器与实际的CA N b u s 网络进行连接 。P CI 一 9 8 2 0 1 的 安装示意图与引脚图如图2 所示 。引脚图中2 、3 引 脚是C AN的信号线 ，5 5 I 脚为屏蔽线，3 、6 5 l 脚为 参考地。 2 P CI 一 9 8 2 0 1 安 装 与 引脚 图 2 ． 2 通信协议的设计 通信协 议是通信双 方都遵守 的通信约定 ，发 送 与接收方都按照协议进行数 据处理 ，最终保证 通 信 的成功 。CAN数 据传 输 中的数 据包括 了如 下 几部分 起始帧、仲裁场 、控制场 、数据场、 C R C 场、应答场和帧结尾。其结构如图3 所示 。 图3 C AN 数 据格 式 其 中数据场 中传输的是主要的数据 ，对应液 压支架的各种控制方式，设计主要的控制数据协 议如表1 所示。 表1 具体控制命令对应表 命令名称 数据 1 6 进制 ．说明 紧急停车 0 x 0 1 紧急停车解锁 0 x 0 2 支架各种动作 0 x 0 2 0 x 1 5 升降、推移等 邻架升起 0 x 1 5 邻架降柱 0 x 1 6 邻架移动 0 x 1 7 2 ． 3 控制软件设计 井上监控 主机 的控制 软件使 用VC 设计 ， 1 1 5 6 1 第3 6 卷第1 2 期2 0 1 4 1 2 上 VC 是Mi c r o s o f t 公司推 出的开发Wi n 3 2 环境程 序，面 向对 象的可视化集成编程 系统 ，具有框架 自动生成 、灵活方便、功能强大 、适合与硬件相 关的底层能力开放强等显著 优点，是控制领域软 件设计的首选工具 。本 系统程序执行采用多线程 的工作模式 ，整个程序 使用主线程进行界面仿真 与操作 ，数据处理 与记录 ；另一条线程完成通信 功能 ，主要是通过监视 串口数据信息获取数据 ， 另一方面将下发命令直接通过串 口下发。整个 系 统中主线程执行的流程图如图4 所示。 图4主线程程序流程图 3 结束语 液压支架是煤矿井下开采中使 用的重要综采 设备 ，通过现代技术实现 的液压支架计算机控制 系统 ，通过CAN总线完 成 了井 上井 下的稳 定通 信 ，借助于传感器 与执行机构实现 液压 支架 的工 况信息参加 与操作 ，使用监控主机软件 系统实现 对液压 支架的远程监控与控制，提 高了液压支架 工作 的稳定性 ，提高了综采效率 ，增加 了煤炭产 量，为煤矿企业提高了经济效益 。 参考文献 [ 1 】熊磊． 液压 支架控制 系统 中央操作站软件设 计【 D】 ． 武 汉 华 中科技大学， 2 0 0 9 ． f 2 】周俊 良． 影 响液压支架 电液控 制系统可靠性诸 因素分析 f J ] ． 煤矿开采， 2 0 1 3 ， 1 8 0 3 4 6 4 9 ． 【 3 】许静， 王忠宾， 范祯科． 基于E t h e r n e t 的综采工作面液压支 架远程监控 系统研究『 J 1 ． 制造业 自动化， 2 0 1 4 0 3 3 8 4 1 ． 【 4 】赵 永峰． 基于P r o ／ E 维软 件的薄煤 层液压 支架设 计[ J 1 ． 煤矿机械， 2 0 1 3 ， 3 4 0 3 1 4 1 6 ． 【 5 】王 佞， 杨坤． 煤矿液 压支架 电液控制 系统的研 究⋯ ． 煤矿 机械， 2 0 1 3 ， 3 4 0 5 1 9 1 1 9 2 ． 虿囤 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m