液压支架电液控制系统急停控制方案研究.pdf

第 4 1卷 第 4期 2 0 1 5年 4月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i ne Au t o m a t i o n Vol _ 41 NO ． 4 AD r ．20 1 5 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 4 0 0 1 3 0 5 柴 文 ， 田慕 琴 ， 宋 建 成 ， 等 ． 液 压支 架 电液控 制 系 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 0 4 统急停控制方案研究E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 1 3 1 7 液压文架电液控制系统急停控制方案研究 柴 文 ， 田慕琴 ， 宋建 成 ， 许春 雨 ， 蒋春 悦 尹卫 兵 ， 田卫 东。 ， 赵旭 东。 ， 杨 世 华 ， 1 ． 太原 理 工大 学 煤矿 电气 设备 与 智能 控制 山西 省重 点实 验室 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 山西晋 煤集 团 古 书 院煤矿 ，山西 晋城0 4 8 0 0 6 ； 3 ． 山西 晋煤 集 团 金 鼎煤 机矿 业 有 限责任公 司 ，山西 晋城0 4 8 0 0 6 摘要 针对现有液压支架电液控制设备在 急停控 制方面存在 的可靠性低 、 解停不方便 等 问题， 提 出了 一 种基 于 C 8 O 5 1 F 0 2 0单片机 的 液压 支架 电液控 制 系统 急停 控制 方案 ， 制 定 了以 专用 R S 4 8 5总线 为急停 通信 通道 的传 输 方式 以及 急停 与 复位功 能 互锁 的具体 实施 方案 ， 并 采 用软 件 方式 实现 了支架控 制 器急 停 故 障定 位 与诊 断以及 断 电 时的急停 状 态记 忆 功 能 。基 于该 急停 控 制 方 案 的 液 压 支 架 电液 控 制 系统 已应 用 于 某煤 矿 ， 取得 了良好 的 效果 。 关 键词 液 压 支架 ；电液控 制 ；支架控 制 器 ；急停 控制 中 图分 类 号 TD 3 5 5 ． 4 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 5 0 3 ～ 3 1 0 8 2 5 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 3 3 1 ． 0 8 2 5 ． 0 0 4 ． h t ml Re s e a r c h o f e me r g e n c y s t o p c o nt r o l s c he me f o r e l e c t r o hy d r a ul i c c o n t r o l s y s t e m o f hy d r a ul i c s u p po r t CHAI W e n ，TI AN M u q i n ， S ONG J i a n c h e n g ，XU Ch u n y u ， J I ANG Ch u n y u e ， YANG Shi hu a ， YI N W e i b i ng 。， TI AN W e i d on g。 ， ZH AO Xu do ng 。 1． Sha nx i Ke y La b o r a t o r y o f M i n i ng El e c t r i c a l Equi pme n t a nd I nt e l l i ge nt Co nt r o l ，Ta i yu a n Uni v e r s i t y o f Te c h n o l o g y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，Ch i n a ；2． Gu s h u y u a n Co a l Mi n e ，S h a n x i J i n c h e n g An t h r a c i t e o f Co a l Mi n i n g Gr o u p，J i n c h e n g 0 4 8 0 0 6 ，Ch i n a；3 ． J i n d i n g M i n e M a c h i n e r y Co ． ，Lt d ． ，S h a n x i J i n e h e n g An t h r a c i t e o f Co a l Mi n i n g Gr o u p，J i n c h e n g 0 4 8 0 0 6 ，Ch i n a Ab s t r a c t For i nc o nv e n i e n t e me r g e nc y s t op c o nt r o l wi t h l o w r e l i a b i l i t y o f e x i s t i ng e l e c t r o hyd r a u l i c c on t r o l e q ui pm e nt of hy d r a ul i c s u pp o r t ，a n e m e r ge n c y s t o p c o nt r ol s c h e me f or e l e c t r o hy d r a u l i c c ont r ol s ys t e m of hy dr a u l i c s u pp or t wa s pr o p os e d whi c h wa s ba s e d on C8 05 1 F0 2 0 s i n gl e c hi p m i c r o c o mput e r ． A t r a ns m i s s i o n mod e t a ki ng s pe c i al RS4 85 bu s a s e m e r ge n c y s t o p s i gn al c ha nn e l wa s d r a wn u p a s we l l a s c o nc r e t e i m p l e me nt a t i o n s c he m e of i nt e r l oc ki n g o f e m e r ge n c y s t o p a n d r e s e t ．M e a n whi l e，f u nc t i o ns o f f a ul t l o c a t i o n， f a u l t d i a gn os i s a n d p owe r o f f m e m o r y f o r e me r ge nc y s t o p s t a t e o f s up po r t c on t r ol l e r we r e a c hi e ve d by us e o f s o f t wa r e ． A n e l e c t r o h yd r a ul i c c o nt r ol s ys t e m o f hyd r a ul i c s up po r t ba s e d o n t he e m e r g e n c y s t o p c o nt r o 1 s c he m e h a s r u n i n a c o a l mi ne wi t h g o od e f f e c t ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s u p p o r t ；e l e c t r o h y d r a u l i c c o n t r o l ；s u p p o r t c o n t r o l l e r ；e me r g e n c y s t o p c o n t r o l 收稿 日期 2 0 1 4 ～ 0 9 2 8 ； 修 回 日期 2 0 1 5 一 O l 一 1 5 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 国际科技合作计划 资助项 目 0 S 2 0 1 3 Z R0 4 9 3 ； 山西省重大科技专项资助项 目 2 0 1 1 1 1 0 1 0 2 4 。 作者简介 柴文 1 9 8 8 一 ， 男 ， 山西朔 州人 ， 硕 士研究生 ， 研究方 向为矿用智能 电器技术 ， E ma i l 6 9 5 7 5 9 1 l O q q ． c o rn。 1 4 工矿 自动化 2 0 1 5年 第 4 1 卷 0 引言 液压 支 架是 综 采 工作 面 不可 缺 少 的支 护 设备 ， 当液压 支架 出现 紧 急情 况 时 ， 必 须 依靠 支 架 控 制器 的急停 功 能停止整 个综 采工 作面液 压支 架 的所有 动 作 。 目前 国 内外 支架 控制器 大多 采用单 片机 作为 核 心处理 器 ， 急停 和单 片机 复 位无 互 锁 处 理 。支 架 控 制器产 生 急停信 号 时 ， 可通 过 单 片 机 复位 使 急 停 失 效 ， 可 靠性 较差 ， 并 且 急停信 号与其 他功 能信 号共用 通信通道 ， 容易造成通信通道堵塞而丧失急停功能。 液压 支架 急停 时 ， 产 生 急停 信 号 的支架 控 制 器 相对 位置不 明显 ， 不方 便工人 解停 口 ] 。 本文 针对 基 于 C 8 0 5 1 F 0 2 0单 片 机 的 支架 控 制 器 ， 提 出一 种急 停控 制方 案 。该 方 案 可实 现 支 架 控 制器 急停 与复位 硬 件互 锁 ， 不 仅 能 快 速发 送 急 停 信 号 ， 而 且具 有断 电后对 急停状 态 的记忆 功能 ， 急停 时 还可 显示 产生 急停信 号 的支 架控 制器 的编号 和本 架 支架控 制 器的编 号 ， 相 对 位 置 明显 ， 方 便 解 停 ； 为 了 保证急停信号能被工作 面每 台支架控制器快速、 准 确接收， 设有单独的急停通信通道l 3 J ； 为 了提高生 产效 率及 通信 可靠 性 ， 该 方案 通 过 软 件方 式 实 现 故 障定 位及诊 断功 能 。 1 液 压支 架 电液控 制 系统 急停模 式 急停 是 液 压 支 架 电液 控 制 系 统 的 一 个 重 要 功 能 。当综采 工作 面发 生 因操 作不 当导 致 的支 架误 动 作或 自动追 机拉 架过 程 中采 煤机 位置 误判 等紧 急情 况 时 ， 按下 任一 支架 控制器 上 的急停 按钮 ， 该支 架控 制器产生急停信号 ， 并通过专用通信通道向相邻支 架控 制器 发送 急停 信 号 ， 使整 个 工 作 面 支架 控 制 器 全部处于急停状态。此后工作面所有液压支架不再 响应 任何 操作 无论 是 主 动 操作 还 是 被 动操 作 ， 保 证工作面人员和设备安全 。综采工作面紧急情况解 除后 ， 拔起 产生 急停 信 号 的支 架 控 制 器 上 的急 停 按 钮 ， 解除 急停 ， 支架 控制器 即恢 复正 常功 能 。 2传统 液压 支架 电液控 制设 备急停 特点 E E P液压支架电液控制系统的支架控制器产 生急停信号后 ， 整个 工作面支架控制器都显示 急停 状 态 ， 同时急停 指示 灯亮 ， 屏反 色 ， 解 锁后恢 复 正常 。 支架控制器急停后 ， 不能 明确指出产生急停 信号 的 支 架控 制器 编号 。 由于紧急 情况 消除后 必须拔 起产 生 急停信 号 的支架 控 制 器 的 急停 按 钮 ， 这 样 操作 人 员须沿工作面依次查询 ， 直到找到发 出急停信号 的 支架 控制 器 。在 工 作 面较 长 的情 况下 ， 实 现解 停 费 时费 力 ， 劳动效 率低 。 蒂芬 巴赫 支 架 控 制 器 有 正 常 运 行 、 急 停 、 闭 锁 3种工作 状 态 ， 使 用 同 一 个 按 钮 控 制 。采 用 该 方 式 实现 急停 、 闭锁 功能 不太 可靠 。急停按 钮体 积较 大 ， 工人 在工 作面行 走 时 容 易触 碰 而 引起 误 操 作 ， 并 且 在无 保护 措施 的情况 下 ， 按钮容 易损 坏 。 3 液压 支架 电液控 制 系统急停 控 制方案 本 文研 究 的支 架 控 制器 为双 C P U 结 构 ， 包 括 主控 C P U 和接 口 C P U。2个 C P U 通过 S P I 总 线通 信 ， 支架控制器之间通过 R S 4 8 5总线通信 。支架控 制器 在正 常运行 状 态 下 ， 可 控制 液 压 支 架 实现 各 种 功 能 ； 在 急停状 态下 ， 整个 工作 面所 有支架 控制 器处 于急 停状 态 ， 不 响 应 任何 操 作 指令 ； 存 闭锁 状 态 下 ， 可进 行支 架检 修 _ 5 j 。支 架 控 制 器 的 3种 状 态 可 根 据具体要求随时切换 。 液压 支 架 电液 控 制 系 统 急 停 控 制 方 案 如 图 1 所示 。 J 主 控 CP U 液压支架 8组基本动作 E l C P U 接 I 臻 主控 CP U J 液压支架 8组基本动作 图 1 液 压 支架 电液 控 制 系统 急 停 控 制 方 案 发 生 紧急情 况 时 ， 按 下 任 一 支 架控 制 器 的 急停 按 钮 ， 该 支架 控 制 器 急 停 ， 并 通 过 RS 4 8 5总线 向相 邻支架控制器 同时发送急停命令 ， 保证整个工作 面 所 有 支 架 控 制 器 都 进 入 急 停 状 态 ， 同 时 接 口 C P U 将 急停 功能代 码 存 入 F L AS H 中 ， 实 现 断 电后 对 急 停 状态 的记忆 功 能 。中间继 电器配 合其 触点 可实现 急停 和 复位互 锁 。 当多个 支 架 控制 器 急停 按 钮 按下 时 ， 显 示 屏上 可最多 显示 5个 急 停 支 架 控 制 器 编 号 。解 除 急停 时， 接 口C P U采集急停按钮的电平信号 ， 并读取存 储 在 F L AS H 中 的急停 功 能 代 码 ， 只 有 同 时 为解 停 状态 时 ， 才 能完全 解停 ， 之后 向相邻 支架 控制 器发 送 解停代码 ， 使整个工作面的所有支架控制器恢复正 常运行 状态 。 4急停控 制方 案硬件 设计 4 ． 1硬 件 结 构 急停 控制 方 案 的硬 件 结构 如 图 2所 示 ， 主要包 急停模块 一 ●● ● ●●J R 复位模块一 2 0 1 5年 第 4期 柴文等 液 压 支架 电液控 制 系统 急停控 制 方案研 究 1 5 括 光 电耦合 器 及施 密特 触 发器 。光 电耦 合 器 将 5 V 电压转 换 为 C 8 0 5 1 F 0 2 0可识 别 的 3 ． 3 V 电压 ， 施 密 特 触 发器 可对 急停 信 号进 行整 形 。之后 急停 信 号进 入 C 8 0 5 1 F 0 2 0 ， 触发 外 部 中 断 。急 停 选 择 优 先 级 最 高 的外 部 中断 0 ， 保 证 支 架 控 制 器 在任 何 情 况 下 都 可进 入 急停 中断 。 - ． 1 H 徽 H外 断 l 图 2 急停控制方 案硬件结构 4 ． 2 手动 复位 与 急停 互锁 电路 支 架控 制器 急 停时 ， 为 了确保 安 全 ， 支架 控制 器 在解 停 之前 不允 许 响应 任何 操作 ， 包 括手 动 复位 ， 因 此设 计 了手 动 复 位 与 急 停 互 锁 电路 ， 如 图 3所 示 。 该 电路 主要 包括 继 电器 K、 复 位 芯 片 MAX7 0 8 T、 急 停指示灯 D及复位按钮 s 。继电器配合常闭触点控 制 复位 回路 的通 断 ， 复 位 芯 片 可 为 C 8 0 5 1 F 0 2 0提 供 一 个有 效 的复 位 电平 ， 使其 可靠 复位 。 继 电器 的线 圈 串接 在 急 停 指 示 灯 电路 中 ， 继 电 器 的常 闭触点 串接在 复位 电路 中。支架 控制 器 急停 图 3 手动 复位 与 急 停 互 锁 电 路 时 ， 急停 指示 灯亮 ， 继 电器 线 圈上 电 ， 常 闭触 点断 开 ， 手 动复 位 电路 断开 ， 实现 急停 与手 动复 位互 锁 ， 确 保 整 个工 作 面所有 支架 控制 器 在解停 之前 一直 处 于急 停 状态 。解 停后 ， 急停指 示灯 电路 断 开 ， 继 电器线 圈 断电， 常闭触点闭合 ， 手动复位恢复正常。 4 ． 3 急停 通信 电路 急停 控制 方案 中 ， 急停 信 号 通 过 专 用 的 R S 4 8 5 总线进 行传 输 。急 停 通 信 电路 主 要 由通 信 收 发 器 、 隔离模 块 、 失效 保 护 电路 以及 防高压 侵入 电路 组成 ， 如 图 4所 示 。 图 4急停 通信 电路 通信收发器选用 MAX3 0 8 8 芯 片。该芯片是针 模块仍能够使系统急停 ， 确保在紧急情况下准确、 快 对 恶 劣环 境 下 R S 4 8 5通 信 设 计 的一 款 低 功 耗 数 据 收发 器 ， 其 内部包 含 1个 发送 驱 动 器 和 1个 输入 接 收器 ， 在 芯片 不工 作 的情况 下 ， 输 出引 脚和 输入 引脚 处 于 高 阻态 。 C 8 0 5 1 F 0 2 0和 MAX 3 0 8 8之 间通 过光 电耦 合器 隔离 ， 同时实 现光 电耦 合 器 两侧 3 ． 3 V 与 5 V 电压 之 间的转 换 。 失效 保 护 电 路 包 括 由 瞬 态 电压 抑 制 器 D 1 ， D2 与玻 璃放 电管 D 3 D 5组 成 的防高 压 侵入 电路 以及 通信 噪声 消 除 电路 ， 以 抑 制 A， B端 之 间 的 静 电 冲 击 ， 保 护 MAX3 0 8 8 ] 。 急停 通 信通 道独 立 于其他 通 信通 道 。当液 压支 架 电液 控制 系统 的 其 他模 块 出 现故 障 时 ， 通 过 急停 速地执行急停控制命令 。 5急停 控 制方 案软件 设计 5 ． 1 急停控 制程 序 当支架 控 制 器 接 收 到急 停命 令 后 ， 急停 控 制 程 序首 先进 入 接收 中 断 程序 并 接 收 控 制 命令 代 码 ， 通 过判断程 序确认 接收 的命令代码 为急停功能代码 后 ， 将急 停功 能代 码 存入 F L AS H， 并 向本 支 架 控 制 器 的主控 C P U 发送 急 停 命 令 ， 同 时通 过 RS 4 8 5总 线将 急停 命 令代码 发 送到 相邻 支架 控制 器 中 。当接 收 到解停 代码 时 ， 置解 停标 志位 ， 清 F L A S H 中 的急 停 功能代 码 ， 并解 停 。 第 4 1 卷 第 4期 2 0 1 5年 4月 工 矿 自 动 化 I n dus t r y a nd M i ne Au t oma t i on V0 l _ 4 1 NO ． 4 AD r ． 2 0 1 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 5 0 4 0 0 1 7 0 5 杜 楠 ， 段 玉萍 ， 胡兵 ． 工 矿企 业供 应 商协 同管 理平 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 l 一 2 5 1 X ． 2 0 1 5 ． 0 4 ． 0 0 5 台设计口] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 5 ， 4 1 4 1 7 ．- 2 1 ． 工矿企业供应商协同管理平台设计 杜 楠 ， 段 玉萍 ， 胡兵 1 _ 中国矿业 大 学 北 京 管 理学 院 ， 北 京 1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 山西焦煤汾西矿业 集团 有 限责任公 司 物资供销公司 ，山西 介休0 3 2 0 0 0 摘 要 为 解 决传 统工 矿企 业供 应 商管理 系统功 能不 完善 、 耦 合度 高 、 稳 定性 差 、 维护 及使 用 成本较 高等 问 题 ， 提 出 了基 于 S i l v e r l i g h t及模 型一 视 图一 视 图模 型 的 工矿 企 业 供 应 商协 同管 理 平 台解 决 方 案 ， 详 细 阐述 了 平 台结 构 、 主要 功能模 块 设计 及基 于模 型 一 视 图一 视 图模 型 的 平 台实现 。实 际应 用表 明 ， 该 平 台运 行 效 果 良 好 ， 有 效 降低 了使 用成本 ， 提 高 了管 理效 率 。 关键 词 工 矿企 业 ；供 应 商协 同管理 ；S i l v e r l i g h t ；MVVM 中图分类 号 TD 6 7 文 献标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 0 3 3 1 0 8 2 6 网络 出版地 址 h t t p ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 5 0 3 3 1 ． 0 8 2 6 ． 0 0 5 ． h t ml De s i g n o f s up p l i e r c o l l a b o r a t i o n ma na ge me nt p l a t f o r m f o r i n d us t r y a nd mi n e e n t e r p r i s e s DU Na n ，DUA N Yup i ng ，HU Bi n g 1． S c h o o l o f Ma n a g e me n t ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y Be i j i n g ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，C h i n a 2． M a t e r i a l Su pp l y a nd M a r ke t i n g Co m p a ny，Sha nxi Co ki n g Co a l Fe nx i M i ni ng I nd us t r y Gr oup Co ． ，Lt d ． ，J i e x i u 0 3 2 0 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s ol v e pr obl e m s o f i mpe r f e c t f un c t i on s，hi g h c ou pl i ng d e g r e e， p o o r s t a bi l i t y a nd hi g h ma i n t e na n c e a nd us e c o s t of t r a d i t i o n a l s up pl i e r ma na g e me nt s ys t e m f o r i ndu s t r y a nd mi ne e n t e r pr i s e s，a s u ppl i e r c o l l a bor a t i o n m a n a ge m e nt pl a t f o r m wa s p r op o s e d whi c h wa s b a s e d o n Si l v e r l i g ht a nd mod e 1 一 vi e w v i e w mo de 1 ． Th e pl a t f o r m s t r u c t u r e ． de s i g n s c he m e s o f m a i n f u nc t i o n mod ul e s a nd pl a t f o r m i m p l e me nt a t i o n ba s e d on mo de l v i e w vi e w m o de l we r e i nt r o du c e d i n de t a i l s ． Ap pl i c a t i o n s ho ws t h a t t h e p l a t f or m r u ns we l l ，e f f e c t i v e l y r e d uc e s us e c os t a nd i m p r ov e s ma na ge m e nt e f f i c i e nc y． Ke y wo r d s i ndus t r y a nd m i ne e nt e r p r i s e s；s up pl i e r c o l l a b or a t i on ma na ge m e n t；Si l ve r l i g ht ； M V VM 收稿 日期 2 O 1 4 0 8 0 4 ； 修 回 日期 2 0 1 5 O 卜l 9 ； 责任编辑 李明 。 基金项 目 中央高校基本科研业务 费专项 资金 资助项 目 2 O 1 0 QGO 3 。 作者简介 杜楠 1 9 8 l 一 ， 男 ， 辽 宁鞍 山人 ， 博 士研 究生， 研究 方向为管理科 学与一 f 程、 管理信 息系统 ， E ma i l d n 2 0 0 0 c n s i n a ． c o rn。 技 ， 2 0 0 6 1 5 7 ． [ 2 ]Y U Yu e s e n ， D AI P e n g ， X U Ya j u n ， e t a 1 ． Re s e a r c h o n e l e c t r o hy dr a u l i c c on t r o l s y s t e m f o r hy dr a ul i c s upp or t a t c o a l mi n e[ J ] ． P r o c e d i a E a r t h a n d P l a n e t a r y S c i e n c e ， 2 00 9， l 1 1 54 9 1 55 3． E 3 ] 张仁英 ， 王全 安． 普通胶带 运输机多点急停技术 的设计 应用[ J ] ． 科技信 息 ， 2 0 1 2 3 2 2 6 2 2 7 ． [ 4 2 王珊珊 ， 李晨 ， 陈 丁． 矿 用通信 控 制系统 急停 系统 的设 计与实现E J ] ． 自动化仪表 ， 2 0 1 1 ， 3 2 4 3 2 3 5 ． [ 5 ] 杨世华 ， 宋建 成 ， 田幕 琴 ， 等． 基 于双 R S 4 8 5总线 的 液 压 支架 运行状态监测系统开发 [ J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 8 1 5． [ 6 ]蒋春悦 ， 田幕琴 ， 宋 建成 ， 等． 自动化工作面液压支架 控 制器设计 E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 4 ， 4 0 9 l 一 5 ． E T ]李磊 ， 宋建 成 ， 田慕琴 ， 等． 基 于 D S P和 R S 4 8 5总线 的 液压 支架 电液 控 制通 信 系 统 的设 计 [ J ] ． 煤 炭学 报 ， 2 O1 O， 3 5 4 7 01 7 04 ． E s ] 吴军 辉 ， 林开颜 ， 徐 立鸿． R S 4 8 5总 线通信避 障及其 多 主发送 的研究 [ J ] ． 测控技术 ， 2 0 0 2 ， 2 1 8 4 l 一 4 3 ． E 9 ] 郭庆 ， 冀 捐灶 ， 王学德． 基 于 R S 4 8 5总线 的环境监控 系 统设 计 与 实现 [ J ] ． 国外 电子测 量 技术 ， 2 0 0 6 ， 2 5 7 1 4 1 6 ．