液压支架控制器自动化检测装置设计及其性能研究.pdf

测试工具2020.15 104 1 液压支架控制系统的发展 液压支架电液控制系统是煤炭综采工作面自动化控制 核心， 实现综采工作面机械自动化控制， 液压支架电液控制 技术以通信网络为核心， 实现对邻架自动功能控制， 支护压 力检测等功能。 具备综采工作面数据上传功能。 液压支架是煤炭机械化关键设备， 液压支架自动化技术 是综采工作面自动控制系统关键技术。1954 年英国首先研 制垛式液压支架，1960 年苏联开发设计出 OMKT 型掩护式支 架。70 年代前期， 立即支护型液压支架成为主要研究方向， 由 于劳动力成本提高， 大煤矿企业开始研究液压支架自动化控 制， 由于研究液压支架稳定性不足等原因应用效果不理想 [1]。 我国对液压支架电液控制系统研究起步较晚，1991 年郑州 煤机厂开始自主研发液压支架电液控制系统。 根据井下试验 数据改造， 但系统稳定性相比国外同期产品较差， 制造成本 较高， 最终未粮产。 山西煤炭科研院 1996 年获得国家 500 万 元支持， 研制国内首个全套液压支架电液控制系统，90 年代 末开始与国外先进电液控制系统研制公司合作， 部分产品在 大型国企应用。 我国煤矿企业主要应用合资产品， 目前煤矿 综采自动化设备无法与国外同期产品竞争。70 年代由于我 国对支架研究基础较差， 制造液压支架需要材料等不了解， 主要学习国外液压支架先进制造经验。 美国等发达国家对液压支架电液控制系统研究始于 70 年代，80 年代国外大型煤矿企业应用液压支架电液控制系 统， 由于系统可靠性较差， 很多企业未采用液压支架电液控 制系统，90 年代液压支架电液控制系统工作性能达到很高 的标准， 开始大批量被应用于煤矿开采。 目前液压支架电液 控制系统研究具有世界领先的国家有德国等。 研制液压电液 控制系统普遍配置了故障诊断预警装置， 可实现远程监控。 国外煤矿企业中德国马克公司的 PM31 控制器， 德国采矿技术 公司 PM3 控制器等应用广泛。 2 液压支架控制器基本工作原理及优势 支架控制器是液压支架电液控制系统核心部件， 支架控 制器包括人机交互单元等。 人机交互单元包括键盘等 ； 配置 传感器用于检测液压支架顶板压力 [2]。 图 1 液压支架电液控制系统结构框架图 液压支架控制器自动化检测装置设计及其性能研究 张谦，曹聪勇 （山西同文职业技术学院， 山西晋中，032000） 摘要 液压支架电液控制是实现煤矿开采向自动化转变的关键技术， 随着液压支架电液控制系统发展， 对应开发专用软 件， 需测试系统软件可靠性， 目前测试手段不能满足液压支架电液控制系统发展要求。 针对煤矿液压支架控制器检测中 存在测试效率较低问题， 设计液压支架控制器自动化检测装置， 实现液压支架控制器功能自动检测， 促进液压支架电液 控制系统发展。 关键词 液压支架控制器 ； 自动化检测 ； 煤矿设备 Design and Perance Research of automatic detection device for hydraulic support controller Zhang Qian ,Cao Congyong （Shanxi Tongwen vocational and Technical College，Jinzhong Shanxi,032000） Abstract the electro-hydraulic control of hydraulic support is the key technology to realize the transation from coal mining to automation. With the development of the electro-hydraulic control system of hydraulic support, the software reliability of the system needs to be tested for the corresponding development of special software. At present, the test means can not meet the development requirements of the electro-hydraulic control system of hydraulic support. In view of the low efficiency in the detection of the hydraulic support controller in coal mine, the automatic detection device of the hydraulic support controller is designed to realize the automatic detection of the hydraulic support controller function and promote the development of the hydraulic support electro- hydraulic control system. Keywords hydraulic support controller; automatic detection; coal mine equipment 测试工具2020.15 105 电磁驱动电路输出功率型号开关信号控制电磁动作， 支 架控制器可与远端支架控制器数据通信， 存储单元包括非易 失性数据掉电存储器， 通过支架控制器操作键盘发出指令， 将命令发送到受控支架控制器， 通过控制 I/O 单元状态翻转 驱动电磁铁动作， 将信号转换为电磁铁顶杆行程顶出机械信 号。 液压信号放大推动油缸动作， 实现支架单动作控制等功 能。 通过安装传感器将动作状态信息反馈。 用电液控制系统控制液压支架， 可实现复杂煤层开采机 械自动化， 提高经济效益。 电液控制系统实现采煤机与刮板运 输机联动， 实现我国采煤向集约式转变， 以往不可开采薄煤层 实现自动化开采。 液压支架电液控制系统具有远程控制功能， 解决了薄煤层开采自动化。 电液控制系统在井下综采工作面实 现整体垂直前移， 实现自动跟机， 液压支架随机前移支护， 推移 刮板运输机前移。 提高液压支架支护质量， 支架发生压力泄露 导致支撑力不足时， 电液控制系统能自动监测补压， 解决液压 支架自动泄压问题。 以往煤层附近依靠煤矿工人完成装煤等系 列工序， 减少采煤对人的依靠， 改善了煤矿工人劳动环境。 原先没有液压支架电液控制系统时， 采煤对工人身体数 字要求高， 采用液压支架电液控制系统后采煤机械化程度提 高， 综采工作面采用自动控制， 提高采煤生产效率。 电液控制 系统适用煤层薄厚范围广， 采用液压支架电液控制系统原先 不能由人工开采复杂地质条件可进行无人自动控制开采。 综 采工作面采用自动控制， 移架速度加快， 为煤矿企业带来更 大的经济效益。 原先由于技术人员安全原因不能开采薄煤层 可以自动开采， 开采成本高于中厚煤层， 许多煤矿不考虑薄 煤开采， 随着电液控制技术和应用， 薄煤层开采得到快速发 展， 煤矿资源得到有效利用。 3 支架控制器自动化检测装置设计 支架控制器自动化检测装置依据电路接口设计， 检测 装置可进行控制器功能测试， 与装置检测程序协调作业， 按 照实验项目需求完成项目测试。 控制器功能测试注重状态转 换， 可靠性测试要注重压力测试与抗干扰测试等。 通过上位机测试管理系统软件实现检测程序互联动， 依 据设备配套方案实现固化试验系统对测试项目组态自动配 置， 对检测性能参数评判， 对软件功能测试验证。 按键自动检 测装置由托架、 控制电路等组成。 顶杆、 弹簧构成按键组件， 通 过螺帽锁定， 托架起到支撑导向作用， 异端固定在气动油缸。 控 制电路控制气动油缸活塞伸出， 调整弹簧力度使案件操作力度 不小于 0.5N, 防止实验时操作机构对键盘案件造成机械损伤。 通过编程控制电路可控制气缸收回， 实现对键盘自动按键操 作。 控制电路控制侧头按键延时， 实现多键顺序控制， 满足支 架控制器操作需求， 对键盘连续操作完成键盘寿命试验。 显示单元包括 OLED 点阵式显示器， 使用视频图像识别 方法实现自动检测， 将 OLED 显示屏阵列像素全部点亮， 确定 是否有像素损坏， 可确定亮度是否满足显示器技术要求， 通 过编程跑马灯测试程序测定 LED 指示灯工作状态是否满足要 求。 采用接口电路进入数字信号输入， 将支架控制器采集信 号与标准信号对比， 确定采用电路采样精度是否满足技术要 求 [3]。 可模拟现场环境， 通过现场运行传感器数据识不同工 况下软件是否满足要求， 通过 RS45 接口将数据下载到检测装 置。 在检测自动化控制功能时， 自动检查对应传感器数据， 将 传感器数据传输到对应端口， 可在工作面出现顶板破碎等工 况时检查软件应对措施是否有效。 电磁驱动单元输出为功率型输出， 是 3000-4000 匝的感 性负载， 电磁铁额定电压为 12V, 负载功率为 2W, 检测装置使 用 100Ω/3W 电阻为模拟负载， 使用高精密度电阻检测驱动电 路负载电流。 通过测试程序将指定电磁驱动指令发送给检测 装置， 对支架控制器电磁驱动能力测试， 可通过编程测试程 序， 进行驱动电路寿命试验， 在支架控制器搭建通信检测电 路侦听支架控制器通信信号， 统计数据传输丢包率， 最大负 荷承载力， 对通信电路传输数据实时性测评。 将项目设备配套方案支架控制器端口配接设备， 形成运 行项目资源配置图表， 将配置图下载到自动化检测装置， 将检 测装置调整到项目配接模拟设备， 指定推移油缸对应通道， 确 定可复用端口选用接口电路， 实现运行项目组态配置资源管 理。 按照软件测试用例对单架单动作控制， 通过对自动检测装 置编程顺序控制按键油缸动作， 实现键盘顺序操作， 检测对应 动作通道是否有信号输出。 按键操作有点动等方式， 点动方式有 启动自动程序运行等。 单动作控制采用持续按键方式， 单动键按 下动作开始，2 个单动作同时进行需有 2 个动作键按下。 通过 控制键盘检测装置， 确定支架动作功能是否正确。 可靠性测试包 括公路型驱动疲劳寿命测试， 传感器输入接口短路保护测试等。 4 结语 采用支架控制器自动化检测装置， 将测试用例数字化， 融合检测软件对现场环境适应能力问题。 自动化控制检测装 置应用提高软件测试效率， 提升产品测试质量， 可通过测试 数据分析发现产品潜在设计问题。 随着液压支架电液控制系 统使用环境发生变化， 支架控制器配接传感器增加， 支架控 制器自动化检测装置应用的对系统发展起到促进作用。 参考文献 [1] 史海昱 . 液压支架控制器自动化测试装置设计与研究 [J]. 煤 ,2019,281198-100. [2] 王东东 . 煤矿液压支架控制器的改进及应用 [J]. 矿业装 备 ,201903172-173. [3] 崔雪微 , 胥玉传 , 徐洋 , 段双双 . 液压支架电液控制系统地 面测试管理平台的设计[J].煤矿机械,2018,391210-12. [3] 王志雄 , 王琳基 . 单相功率因素控制器的设计 [J]. 机电技 术 , 20094 56-59. [4] 邱关源 . 电路 [M]. 高等教育出版社 , 2006 256-258. 作者简介 林勇 1987--, 男 , 工程师 , 硕士研究生、 国家一级注册计量 师， 主要从事电磁计量测试技术的研究。 （上接第 21 页）