液压支架运行状态分级监测系统研制.pdf

第 4 3卷 第 7期 2 O l 7年 7月 工矿 自 动 化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o mat i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 7 J U I ．2 01 7 文章编 号 1 6 7 1 ～2 5 1 X 2 01 7 0 7 一 O 0 1 2 0 6 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 7 ． 0 0 3 液压支架运行状态分级监测系统研制 张文 杰 。 ， 宋建成 ， 田慕 琴 ， 许 春 雨 ， 乔建 强。 ， 马 兵 1 ． 太 原理 工大 学 矿用 智 能 电器技术 国家地 方联 合工 程实 验室 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 太原科 技大 学 电子信 息工 程学 院 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ； 3 ． 太 原重 工股 份有 限公 司 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 针对现有液压支架状态监测系统参数监测集中程度低 ， 不能同时为就地控制和集 中控制提供 实时 数 据 的 问题 ， 研 制 了一种 基 于 R 4 8 5通 信 网络 的液压 支架运行 状 态分级 监 测 系统 。该 系统通 过 支架控 制 器 实时采 集各 个传 感 器的运 行 参数 ， 通过 架 间 R 4 8 5通信 将 运 行 参数 传 输 至 X - 作 面相 邻 支 架控 制 器 ， 为 就地 控 制提 供 实 时数 据 ； 同时 ， 通 过 R 8 4 8 5通信 将运行 参 数传 输 至端 头控制 器和 集控 计 算 机 ， 为 集 中控 制提 供 实 时数 据依 据 。井下 工业性 试 验结 果表 明 ， 该 系统 可 实现 液 压 支架 运行 参 数 的连 续 采 集 、 实时上 传 、 集 中管 理 等 功 能 ， 满 足 井下 实 际生产 的 需要 。 关键 词 煤 炭开 采 ；综 采 工作 面 ；液压 支 架 ； 状 态监 测 ； 分 级监 测 ；集 中管理 ； RS 4 8 5通 信 中图分 类号 T D3 5 5 ． 4 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 7 0 6 2 7 1 5 5 4 网络 出版地址 h t t P ／ ／ k n s ． 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 7 0 6 2 7 ． 1 5 5 4 ． 0 0 3 ． h t ml De v e l o p me n t o f hi e r a r c h i c a l mo ni t o r i n g s y s t e m o f o pe r a t i ng s t a t e o f hy d r a ul i c s u pp o r t ZHANG We n j i e 一， S ONG J i a n c h e n g ， TI AN Mu q i n ， XU Ch u n y u ， QI AO J i a n q i a n g 。 ， MA Bi n 。 1 ． Na t i o n a l P r o v i n c i a l J o i n t En g i n e e r i n g La b o r a t o r y o f Mi n i n g I n t e l l i g e n t El e c t r i c a l Ap p a r a t u s Te c hn ol o gy，Ta i yu a n U n i v e r s i t y of Te c hno l o gy，Ta i yu a n 0 3 00 2 4， Ch i na；2． El e c t r o ni c I nf o r ma t i o n Eng i ne e r i ng Co l l e g e，Ta i y ua n Uni v e r s i t y o f Sc i e nc e a nd Te c hno l o gy，Ta i yu a n 0 3 00 2 4，Chi n a； 3． Ta i y u a n H e a v y I nd us t r y Co，I t d． ．Ta i yu a n 0 30 0 2 4，Chi n a Ab s t r a c t I n v i e w of p r o bl e m t ha t c ur r e n t c o nd i t i on m o ni t o r i ng s y s t e m of hy dr a u l i c s up po r t s h a s l ow c o nc e nt r a t i on d e g r e e of p a r a m e t e r s mo ni t or i n g a n d c a nn ot p r ov i d e r e a l t i me d a t a f or l o c al a nd c e n t r a l i z e d c o nt r o l a t t he s a m e t i m e ，a h i e r a r c h i c a l mo ni t o r i ng s y s t e m o f o pe r a t i ng s t a t e o f h ydr a ul i c s up p or t ba s e d on RS4 85 c o mm u ni c a t i o n ne t wor k wa s d e v e l o pe d． The s y s t e m a d o pt s s u pp o r t c on t r ol l e r t o ga t he r r u nni ng p a r a me t e r s o f e a c h s e n s o r i n r e a l t i me l y a n d s e n d t h e o p e r a t i o n p a r a me t e r s t o a d j a c e n t s u p p o r t c o n t r o l l e r on wo r ki ng f a c e t hr ou gh t he RS4 85 c o mm un i c a t i o n ，S O as t o p r ov i d e r e a l t i m e da t a f or l o c a l c o nt r o l ；At t h e s a me t i m e， t h e s y s t e m us e s t he RS4 8 5 c o m mun i c at i o n t o s e nd t h e o pe r a t i o n p a r a me t e r s t o e nd c on t r ol l e r a nd c e nt r a l i z e d c on t r ol c ompu t e r ， S O a s t o pr o v i de r e a l t i m e d a t a b a s i s f or c e nt r a l i z e d c on t r o1 ． Th e r e s ul t s o f un de r gr ou nd i n dus t r i a l t e s t s h ow t ha t t he s y s t e m c a n r e a l i z e f un c t i o ns of c o nt i nu ot I S a c qu i s i t i on，r e a l t i me u pl o a d i ng a n d c e n t r a l i z e d ma na g e me n t o f hy dr a u l i c s up po r t op e r a t i ng pa r a m e t e r s， me e t s t he ne e ds o f m i n e a c t u a l pr o duc t i o n． 收稿 E t 期 2 0 l 7 一 O 1 l 2 ； 修 回日期 2 0 1 7 0 5 2 3； 责任编辑 张强。 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 日 2 0 1 1 1 1 0 1 0 2 4 ； 山西 省 煤基 重点 科 技攻 关 项 目 M J 2 0l 4 0 2 。 作者简介 引用 格 式 张文杰 1 9 8 4 -- ， 男 ， 山西 吕梁人 。 助教 ， 博士研究生， 研究方向为智 能电器技 术，E ma i l z h a n g we n j i e l 0 2 1 i 2 6 ． c o n l 。 张文杰 ， 宋 建成 ， 田慕 琴， 等． 液压支架运行状 态分级监测 系统研制 _ J ] ． T矿 自动化， 2 o 1 7 ， 4 3 7 1 2 1 7 ． ZHANG We n j i e ，S ONG J i a n c he n g，TI AN Mu q i n，e t a 1 ．De v e l o p me n t o f h i e r a r c h i c a l mo n i t o r i n g s y s t e m of o p e r a t i n g s t a l e of h y d r a u l i c s u p p o r l [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 O 1 7， 4 3 7 l 2 1 7 ． 2 0 1 7年 第 7期 张文 杰等 液压 支架运行 状 态分 级监 测 系统研 制 ．1 3 ． Ke y wo r d sc o a l m i n i ng； f ul l y me c ha n i z e d mi ni ng f a c e； hy dr a ul i c s u p po r t ； c o nd i t i o n m o ni t o r i ng； hi e r a r c hi c a l mo ni t o r i ng；c e nt r a l i z e d c o nt r o l ；RS4 85 c o m mu ni c a t i o n 0 引言 液 压支 架作 为井 下采 煤 自动化 作业 的重要支 护 设备， 其 自动化程度 的高低对整个综采工作面 自动 化作业起着决定性作用口 ] 。液压支架运行参数分 级监 测是 实 现综 采 工 作 面 各 级 控 制 的 基 础 。 目前 ， 国内关 于综 采工 作面 液压 支架 运行 状态 实 时监测 的 研究 已经 取得 了很 大成 就 ， 但 大 多数 还 集 中在 运 行 参数 就地 监 测 的研 究 上 ， 参 数 监测集 中程度低 ， 只能 满 足就地 控 制 的需要 ， 不 能 为 综 采 工作 面液 压 支 架 集中控制提供实时精 确的数据支撑 ， 一定程度上制 约 了我 国液压 支 架 集 中控 制 技术 的进 步 。此外 ， 现 有 的一些 液压 支 架集 中监 测 系统 存 在 监 测 精 度 低 、 通信 实 时性差 等 问题 ] ， 不 能满 足液 压支架 实 时 监 控的要求 ， 从而导致一些综采工作 面液压支架 自动 化采煤设备仍需要进 口。因此 ， 研制具有 自主知识 产 权 的综 采 工 作 面 液压 支 架 运 行 状 态 分 级 监 测 系 统 ， 既 可 以满足 井下 就地 控制 的需 要 ， 也 可 以为液压 支 架集 中控制 提供 数据 支撑 ， 具 有重 大 的现实 意义 。 为此 ， 笔者根据 自动化工作面作业要求[ 5 ] ， 设计 了一种基于 R 4 8 5通信 网络 的综采工作面液压支 架 运行 状 态分 级监 测 系 统 ， 该 系 统 可 以实 现对 液 压 支架各类运行参数的连续采集、 实时上传 、 集中管理 等功能 ， 并且具有监测 精度高 、 通信实 时性 好等特 点 ， 可以为综采工作 面液压支架实时监控提供数据 支撑 。 1 系统结 构及 功能 需 求 液 压 支架 运行 状态 分级 监测 系统 是 由就地 监测 级 、 端头 巡 检级 、 集 中管 理 级组 成 的 3级 监 测 系 统 ， 系统不 同监 控级 的设 备 之 间 通 过 通信 网络 相 连 ， 系 统 结构 如 图 1 所 示 。系统 的主要 功能 是通 过支 架控 制器实时采 集各 个传感 器 的运行 参数 ， 通过架 间 R S 4 8 5通信将运行参 数传输 至工作面相邻 支架控 制器中， 作 为就地控 制 的依 据。同时， 通过 R S 4 8 5 通信总线将运行参数传输至端头控制器和集控计算 机 中 ， 作 为集 中控 制 的依 据 ] 。 1 ． 1 就 地 监 测 级 就 地监 测级 是分 级监 测 系统 的信 号采集 与 就地 传输单元 ， 主要由支架控制器 、 各种采集传感器、 支 架 间通 信线 路组 成 。其 主要 功能 如下 ① 支架 控制 R s 4 8 5 总 线 端头 控制器 R S 4 8 5 总线 集 中 管理级 盛 享 驿甲一R S4 8 5 辱 荤 图 1 液 压 支 架 运 行 状 态 分 级 监 测 系统 结 构 Fi g ．1 St r uc t ur e of hi e r a r c h i c a l mo ni t or i n g s y s t e m of o pe r a t i n g s t a t e o f hy dr a u l i c s u pp or t 器通过连续采集各种模拟信号 、 数字信号、 开关信号 表 1 ， 掌 握对 应支 架 的运 行 状态 [ 7 ] ， 并 将 采 集 的参 数存储至外 部存储单元 中， 以便端 头控制器巡检 。 ② 就 地监 测级 的相 邻 支 架 控 制 器 之 间 可 以通 过架 间通信线路传输支架各类运行状态参数 ， 为邻架 间 控 制提供 数 据依据 。 表 1 支架控制器需采集 的信号类 型 Ta bl e 1 S i g na l t y pe c ol l e c t e d by t he s u pp or t c ont r o l l e r 1 ． 2 端 头 巡 检 级 端头 巡检 级是 综采 工作 面分级 监测 系统 中承 上 启下的监测单元 ， 通常位于综采工作面两端 ， 由端头 控制 器 和一对 多通 信线 路组 成 。在综 采工作 面 自动 采煤作 业 时 ， 端 头控 制 器 一 方 面 通过 自动 巡 检 方式 对选定 工 作 区域 的所 有液 压 支架 的运行 参数进 行采 集和存储 ] ， 巡检参数见表 2 。另一方面， 需要响应 集控计算机读取运行参数的命令 ， 将参数上传至集 控计算 机 ， 以便 集控 计算 机进 行集 中监 控 。 1 ． 3 集 中管理级 集 中管理级 是综 采工 作 面分级 监测 系统 的集 中 监测单 元 ， 通 常 位 于综 采 工 作 面集 控 室 l_ g ] 。文 中选 用一 台集控计算机作为集 中管理级的硬件设备 ， 其 1 4 工矿 自动 化 2 0 1 7 年 第 4 3卷 表 2 巡检参 数 Ta bl e 2 I nS pe c t i o n pa r a me t e r s 巡检参数 参 储 巡检参数 参 储 格式 格式 通信成功标志8 b i t 后立柱压力8 b i t 支架编号8 b i t 推溜位移8 b i t 功 能 代 码8 b i t 运 行 状 态 标 志8 b i t 前立柱压力8 b i t 故障状态标志8 b i t 主要 功能 通过 定 时巡 检端 头 控制 器 ， 获得 工 作 面 的 实 时运 行参数 ， 实 现综 采工 作 面 的集 中监控 ， 系 统集 中监测 的参数与 端头控制 器巡检 的参数 一致 ； 根 据综 采工作 面基本 情况 和 现场 工况 制 定具 体 的采 煤 工艺 参数 ， 主要包括支架 推溜距离 、 拉架 距离 、 立柱压 力范 围等 。将 系统参数 传输至综采 工作 面 的控 制器 中， 从 而为综采 工作面进 行采煤作业 控制提供 数据依据 。 2通信 网络 设计 综 采 工作 面液 压支 架运 行参 数分 级 监测 系统 的 通 信 系统 是基 于 R S 4 8 5总线 的 通信 网络 ， 在 不 同 层 级 中根 据 功能 需求 的不 同 ， 设 计 了不 同 的通信 线路 。 在就地监测级 中， 综采工作面上相邻支架控制 器之间需要传输控制代码和参数代码 ， 考虑到井下 采 煤 环 境 恶 劣 ， 电磁 干 扰 严 重 ， 本 文 选 用 了 R S 4 8 5 通 信方 式 ， 设计 了工 作 面支 架 控 制 器 依 次 相连 的通 信 线路 。RS 4 8 5是 一 种 支 持 多节 点 和远 距 离 通 信 、 接 收灵 敏度 高 的总 线 标 准 ， 其 结 构 简 单 ， 技 术 成 熟 ， 造价 低 廉 并 且 便 于 维 护 。此 外 ， 通 信 协 议 选 用 Mo d b u s 协 议 ， 相 邻 支 架 控 制 器 间 通 信 时 采 用 应 答 式访 问方 式 ， 每次 通信 都要 通 过 C RC校验方 式 进行 错误 检测 ， 保 证 通信 系 统 的可 靠 性 。为 了对 综 采 工 作 面 的支 架控 制器 进行 准确 定 位 ， 将 工 作 面 首 台支 架 的地 址设 置 为 O x O 0 ， 通过 自动排 序 的方式 将 工 作 面支 架 地 址 依 次 设 置 为 O x O l ， 0 x 0 2 ， ⋯ ， 并 写 入 C P U 内部 寄存 器 ， 实现 地址 硬件 识 别 。 在 端 头 巡检 级 ， 考虑 到 1台端 头 控制 器 需 要 和 工 作 面上 百 台支架 控制 器通 信 ， 且通 信距 离较 远 ， 同 时要兼顾通信的可靠性和易实现性 ， 文 中设 计了基 于 RS 4 8 5的一对 多 的树形 通 信 网络 图 1 。2台端 头 控制 器之 间通 过 2条 R S 4 8 5总 线 通 信 ， 2条通 信 线路分别用来传输控制代码和参数代码 。工作面所 有支 架 控制 器挂 接 在 端 头 控制 器 的通 信 总 线 上 ， 并 且 为 每一 台支架 控 制 器设 置对 应 的支 架 编 号 ， 作 为 集 中监测的地址。文 中一对多通信总线设置为增强 性 串 口通 信 方式 ， 只 有 支架 编 号 与 集 控地 址 一 致 时 才 响应巡 检 命 令 ， 从 而 实 现 支 架 控 制 器 地 址 识 别 。 此外 ， 通信 协议 也 采用 Mo d b u s 协议 ， 通信 方 式设 置 为 主从 式 半 双 工 方 式 ， 即 端 头 控 制 器 周 期 性 地 向 多 台支架 控 制 器 发送 巡 检 参数 命 令 ， 对 应 地址 的支 架控 制器 响应 巡检命 令 并返 回包 含各种 运行 参数 的 参 数 代码 。综 合考 虑 通 信 系 统 实 时性 和 可 靠性 ， 选 择通 信波 特率 为 9 6 0 0 b i t ／ s 。 在集 中管 理 级 ， 考虑 到防 爆计 算 机 通 常能 识 别 R S 2 3 2通信信号 ， 而端头控制器 只设计了 R S 4 8 5通 信 端 口 ， 因而 在 两者 之 间 通过 R S 4 8 5 A 信号 转 换 模 块 相 连 。通 信 方式 依 然 采 用 主从 式 巡 检 方式 ， 端 头 控 制 器在 收到 防爆 计 算 机 发送 的参 数 巡 检命 令 后 ， 将 参数 代码 返 回给 防 爆 计算 机 ， 作 为其 进 行 集 中控 制 的依 据 。 3 系统硬 件 电路设 计 液 压支 架分 级监 测 系统 的硬件 电路 主要包 括位 于 就地 监测 级 的模 拟 信号 采 集 电路 、 数 字 信号 采集 电路 、 键 盘 电路 、 显 示 电路 和位 于端 头巡检 级 的一 对 多 RS 4 8 5通信 电路 。在综合分析采煤工艺 的基 础 上 ， 本 文 中重 点 设计 了模 拟 信 号 采 集 电路 和 R S 4 8 5 通信 电路 。 3 ． 1 模 拟信 号采 集 电路 模拟 信 号采集 电路 的 主要功 能是 通过 采集 位移 传感 器 、 压力 传感器 、 红 外传 感器 输 出的直 流 电压信 号 ， 从 而 获取 液压支 架 推溜位 移 、 立柱 压力及 采 煤机 位置等模拟信号 ， 并 将采集 的模拟信号通过单 片机 AD C模 块 转换 成 数 字 代 码 ， 存 储 在 支 架 控 制 器 C P U 中对应 的存储 单元 。 选 用 的 位 移 传 感 器 的输 出信 号 为 I C 0 ． 5 ～ 4 ． 5 Vl 】 ， 选 用 的单 片机 为 C 8 0 5 1 F 0 2 0混 合 信 号 系 统级 芯 片 ， 其 AD C 管 脚 允 许 输 入 电 压 为 D C 0 ～ 2 ． 4 V 选 用 内 部 基 准 电 压 ， 设 计 了 A／ D 调 理 电 路 ， 将输 入 信号 电压 调 理 至 C P U 允 许 的 电压 等级 。 考 虑 到井下 电气设 备 较多 ， 干扰 严重 ， 在 调理 电路 中 增 加 了信 号 放大 电路 、 电压 跟 随 电路 及保 护 电路 ， 提 高 了 电路 的抗 干扰 能 力 。C P U 的 A／ D采 样 端 口选 用具 有 1 2位分 辨率 的 AD C 0端 口， 保 证采 集系 统具 有较 高 的精度 。信 号采 集 电路原 理如 图 2所示 。 图 2 信号采集 电路原理 Fi g． 2 The p r i nc i pl e o f s i gna l a c qu i s i t i o n c i r cu i t 2 0 1 7年 第 7期 张文 杰等 液 压 支架运行 状 态分 级监 测 系统研 制 1 5 3 ． 2通 信 电路 设 计 在控制器 内部 ， 本文设计 的通信电路主要包括 光耦 隔离 电 路 、 MAX4 8 5信 号 转 换 电路 、 防 高 压 侵 人电路 。通信芯片选用 MAX 4 8 5低功耗通信接 口 芯 片 1 。文 中选 用 C P U 的串 口 1作 为专 用 的参 数 采集通信端 口， 从串 口 1发送 的信号经过光耦 隔离 电路进行隔离保 护， 同时将信 号的高电平从 3 ． 3 V 提 高 至 5 V， 提 高 了信 号 的抗 干 扰 能力 。MA X4 8 5 芯片将 串行 口输 出的 RS 2 3 2通 信协 议信号转换成 R S 4 8 5通信 协议信号 。防高压侵入 电路 的功能是 消除信号的共模信号干扰 ， 提高 了通信电路的可靠 信。通信电路原理如图 3所示 。 图 3 通信电路原理 Fi g ．3 The pr i nc i p l e o f c o mm u ni c a t i on c i r c ui t 4系统 软件设 计 液压支架分级监测系统软件主要包括支架控制 器就地采集参数子程序 、 端 头控制器 自动巡检子程 序及集控计算机参数巡检子程序 。 支架控制器就地参数采集是整个液压支架集 中 监 测 系统 的基 础 ， 支 架 控 制 器 C P U 通 过 AD C 0端 口以一定 的频 率 实 时采 集 支 架 推 溜 位 移 、 立 柱 顶板 压力及采煤机位置等模拟信号 ， 并将其存储至外部 存 储 器 中对 应 的存 储 单 元 中 ， 作 为 控 制 液 压 支架 的 数据依据。考虑采样数据的实时性和完 整性 ， 程序 中的采样频率设置为 5 0 Hz ， 对 AD C 0的输入信号 进 行循 环 采 样 。为 了 防 止 某 一 次 采 样 数 据 出现 误 差 ， 设置 了对每 1 0次采样 的数据求平均值 。最后 ， 通过曲线拟合方法 ， 得 到采集数据与传感器实际输 入数 据 之 间的 函数 关 系 ， 并 将 采 样 数 据 转换 成 可 以 表示传感器输出数值的数字量 ， 存储至对应 的存储 空 间 。参数 采样 程序 流 程如 图 4所示 。 端 头控 制器 自动 巡 检功 能是 通过依 次 对选 定工 艺段 内的支 架控 制 器 进 行 应 答 式访 问 ， 获得 液 压 支 架 当前 的运 行参 数并 存 储 到 C P U 内存 的 临 时存 储 区内， 通过 C R C校验 ， 确定数据准确无误后 ， 根据数 据对应的支架编号将其存储至外部存储器中对应地 址的存储单元 中。考虑到通信的实 时性 和稳定性 ， 通信代码格 式共设 8 b y t e ， 其 中 3 b y t e的模 拟量 ， 2 b y t e的数字量， 1 b y t e的故障标志， 巡检程序流程 如 图 5所示 。 此外 ， 在集中控制工作模式时 ， 端头控制器还可 I 对通道Ⅳ采样， 斛 N 、 ＼ 一 tY l 通 道 Ⅳ 清 零l J 采 集 次 数 加 l I N l 采 集 次 数 清 零I 对 1 O次采样结果 求和， 求平均值 申 将参数存入数组 。 A DC 0 数 据清零 叫 清中断标志位 ．．．．．．．．．．．．．．．．． ． ．． ．． ．．一 关闭串 口中断 0 ]厂一 使能串 口中断 1 二 主 发送巡检命 令 二二工二 接 收返 回参 数 参数 ＼／ 更新状态数据库 I 二二工 架控制器地址加1 I r一 奎 ● Y 清 串 口0中断标 志位 结束 图 4 参数采样程序流程 图 5 参数巡检程序流程 Fi g ． 4 P r o g r a m f l o w c h a r t o f F i g ． 5 Pr o g r a m f l o w c h a r t 以响应防爆计算机的巡检命令 ， 对指定工艺段 内的 支架 控 制 器 进 行 巡 检 ， 并 将 采 集 的 运 行 参 数 通 过 R S 4 8 5通信总线返回给集控计算机， 为集控计算机 进行 综 采工作 面集 中控 制 提供数 据参 考 。 5试 验 及结 果分 析 为 了验 证 系 统 的可 行 性 ， 根 据上 述 软 硬件 设 计 方案 制作 了支 架控 制 器 和 端 头 控制 器 样 机 ， 并 在 实 验室 搭建 了如 图 6所示 的液 压支 架 电液控 制系统试 验平台 ， 其 中包 括 1台计 算 机、 1台端 头控 制器 、 2 O台支架控制器 ， 控制器之 间通过通信 电缆相连 ， 每一台支架控制器均配备了相应的传感器。在上述 试验平台上， 进行 了位移传感器数据采集试验和端 头控制器参数巡检试验 。 5 ． 1 支架控制器对位移传感器的参数采集试验 在液 压 支 架 进行 推 溜 或拉 架 操作 时 ， 位 于 支架 油缸 内的位移传感器会随着支架移动距离不 同而输 出不同的直流 电压信号 ， 支架控制器 C P U通过采 集位移传感器的数值 ， 实时掌握液压支架 的移动距 离 。 为 了保证操作精度 ， 通常要求位 移传感器 的实 1 6 工 矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 6实 验 系 统 删 、 ‘ 翁 Fi g． 6 l hc t p hn f o r m of l a l o r at or y s y s t e n1 际 值与 川 沦仉之 问 的误差 毫 米级 。 在 I 述 试验 平 台 I ， 通 过 移 动磁 控 位移 传 感 器 的磁环 模 拟液 爪 支架 的移 动 ． 磁 环从 头 至 尾 移 动 过程 I l 1 ． I； il15 5 C F I I记录 的 L 、 I U 的 采样 值 与 位 移 传 感器 实 际 移 值 表 3 。 义 I f l 选 川 的 采 样 模 块 AD 0 l ～部 准 为 2 ． 4 V。为 r保 证 系统 稳 定 ． 实 际测 f i lf 订 一定 的冗 余量 ． 选 定 2 ． 3 5 V 为实 际 电 毖准 。选 J IJ 的位 移传感 器 为 l 1 圳的 磁控 J I 位 移 传感 器 ， 为 1 0 0 C F I 1 。 根 述 试 验 数 据 ， 对 AI C o果样 的数 值 位 移 传感 的实 际 位移 值 进 行 _r『拍线 拟 合 ． 拟 合 罔形 如 7昕 永 。 3 f 移信号的采样f 『 【 j 实 伉 a bl e S 1 1 npl i n g 、 ’ a l u e a n d a c t ua l v al u of di s 1 l ac e me nt s i gn al 实际位 U 采样 误差值 ／ 实际位 【 ’ I U 采样 误差值／ 移／ c m 似{ ‘ 进制 c n l 移／ t F l l 戗f ‘ 进制 c m 0 l 6I ⋯ 0 ． 9 3 1 4 5 5 l 6 5 1 一 ． 09 3 9 5 S 3 3 0 ． 5 l 8 6 0 6 0 】7 8 3 0 ．1 0 6 4 1 0 l 5 3 1 ． 01 8 6 f 6 5 l 91 0 0 ． 3 4 3 9 l 5 5 81 I 1 ． 06 8 9 7 0 2 5 7 0 ．1 6 8 6 0 2 0 7 2 o 0 ． 3 l 1 0 7 5 2 l 9 0 ．1 5 6 1 0 2 5 8 5 7 0 ． 1 6 8 6 0 8 0 2 3 2 6 0 ． 25 6 1 0 3 0 j 9 0 0 ．1 5 6 l 0 8 5 2 4 6 2 0 ． 3 5 6 1 0 3 5 l 1 2 6 【 ． 25 6 l 0 9 0 2 5 8 5 0 ． 0 31 4 l 0 1 2 7 0 ．1 6 8 6 9 5 2 7l l 0 ． 3 0 6 4 1 5 】{ 8 2 0 ．1 4 3 9 1 I 2 8 3 7 0 ． 5 81 4 5 0 1 1 3 0 ． 2 31 4 从 7 l『 以看 t t ； ， 采 用 一 次 数 n 丁以较 好地 拟 合 采样 f }l f _ 1．j 实 际化移 f 卣 之 问 的 父系 。根 据 L述拟 合 数 计钟 僻 刘位 移传 感 器 不 同似 时 、 I U 采 集 数 俩 对应 的采 样位 移 值 ， 并与 实 际 位 移 值相 比较 得 到 每 个 处 的 采 集 误 差值 表 { 。试 验 数据 表 明 ． 住 磁 环 处 J ／ f 同位 时 ， 位移 传 感 器 的实 际化 移 值 E 划 J 7 彬 传 感 器 拟 合 曲 线 Fi g ．7 Fi t t ing c u r v e of di s pl a c e me n t s e ns or 、 P U 检测 到 的位 移 值最大误 差 为 0 ． 9 3 1 4 C I I 1 ， 说 f J』 j 述化移 传感 器采 样 系统 的采样误 差 存毫米 数量 级 ， 满 足 设计 精度 指标 要求 。此 外 ， 笔 者对 力传 感 卡 红外传 感器 进 行 r类 似 的试 验 ， 验 证 J 采 集 系 统 采策 的参数具 有较 高精 度 。 5 ． 2 端 头控 制 器参数 巡 检试验 卜述 试 验 平 俞 I 进 行 了 端 头 控 制 器 巡 枪 2 o 支架 控制 器运 行数 值 的试验 ， 以此 模 拟综 采 ‘ 1 作 丽 I 端 头 控制 器埘 一 r 竹 面的巡 检 。启 动 自动巡 检 功 能后 ， 端头 控制 器定 『 l l 『 对 支架控 制器 进行巡 检 ， 综 合 芎虑 数据 的实 时 性 神 1 通 信 的稳 定性 ， 选择 5 s巡 检 一次 。将 采集 回来 的运行 参数 存储 到端 头控制 器 巾以 0 x 0 4 0 0作 为起 始 r f L 元 的 外 部存 储 单 元 r I 仔 储 格式 支架 编号 8 b i t 前 柱 压 力 8 b i t 后 仆 压 力 8 b i t 推 溜 位 移 8 b i t 状 态 抓 志 8 b i t 故 障标 志 8 b i t 。 I I E软 件 在线j J古 J 试 平 台 中可 以看 剑 ． 住 一 次 巡 俭后端 头控 制器 外 部仔 储 元 r f 1 存 储 的参 数 ， 如 8所示 。图巾方桩 巾的数据 为 2号支 架 当前的运 行 参数 ， 表示 该支架 的前 市什 压 力 为 l 9 P a ． 后 杞 力 为 l 7 P a ， 推 溜 位 移 为 1 4 C l l l 转 为 十进 制 对 应 数 值 。 改 变 2 O 台 支 架 控 制 器 相 连 的 传 感 器 的 数 罔 8外部仃f i 葺 器巾数 代码 Fi g ．8 Nume r i c a l c od c i n e xt e r na l me mor y 2 O 1 7年 第 7期 张文杰 等 液压 支 架运 行状 态分级监 测 系统研 制 值 ． 并 对 I 作 参数 多 次巡 榆 。 试验 结 果 表明 ， 系统 可 以实 现 运行 参数 集 『 1 J 监测 ， 并 且 从 传感 器参 数 变 化 到被 端 头控制 器巡 榆 剑的 时 『 仃 J 问隔 小于 5 s ， 具 有 较 好 的实 时性 。 外 ， 还存 山西 某煤 矿对 H 1 1 【 0台 支 控制 器 、 2台端 头控 制 、 l台集控 汁算 机组 成 的监测 系统 进 行 了仆 下 业性 试 验 ． 试验 现 场 如