标识性电磁阀在支架全生命周期中的作用.pdf

中国新技术新产品2020 NO.5（下） - 41 - 信 息 技 术 1 技术背景 电磁先导阀是工业设备中常见的装置，尤其是在井下 有着非常广泛的应用。 操作者接通电磁先导阀的电源后， 阀 杆在电磁感应的作用下进行提升动作，进而打开先导阀的 开口，相应的电磁阀顶部腔体借由先导孔释放压力，电磁 先导阀内部主阀的阀芯四周产生了一定的压强差值，电磁 先导阀主阀芯在相关流体压力的作用下向上移动，打开主 阀口。关闭开关时，阀杆受到弹力和主阀芯自重的驱动而 恢复初始位置，电磁阀上腔压力升高，流体压力推动主阀 芯向下移动，主阀口关闭。 现有的电磁先导阀通常采用是开关信号控制方式，即 通过通电 - 断电逻辑实现电磁先导阀的功能，随着矿井自 动化、智能化的推进，尤其是在支架电液控制系统中，常 常需要获取电磁先导阀的工作信息，实现对支架的状况评 估。而该领域现有的电磁先导阀都不具备这种能力。目前 的电磁先导阀自身无法自动标识，但智能化的基本要求是 该电磁先导阀能够被支架电液控制系统自动识别，从而实 现对电磁先导阀的全生命周期监控。因此，该文介绍了一 种新的技术方案，解决了电磁先导阀的标识识别问题，进 一步实现了支架的全生命周期管理。 2 产品介绍 该产品是一种可标识电磁阀（如图 1 所示） ， 通过标识 码将电磁先导阀关联至物联网，实现产品质量、安全追溯。 能够记录控制电流，帮助了解功耗和使用状况，为提升产 品质量提供数据支持，方便考核被控对象的寿命，方便上 级系统分析和预测器件的故障和维修时间节点，保证系统 的顺畅运行。 3 产品技术方案 该产品的技术方案为设计一种可标识电磁阀，电磁阀 包括驱动器、阀体和电磁组件，阀体与电磁组件连接，电 磁阀还包括中央处理器、通信模块、接口模块、识别码标 识模块和识别码加密模块。阀体通过电磁组件与接口模块 建立连接关系。通信模块与接口模块建立连接关系，通信 模块还与中央处理器建立连接关系。通信模块用于阀体利 用通信模块，通过电磁组件和接口模块与中央处理器建立 连接关系 [1]。识别码标识模块与中央处理器建立连接关系， 识别码标识模块用于对电磁阀进行识别码标识，在电磁阀 出厂前把唯一对应的标识码写入识别码标识模块的一次性 写入部分。 识别码加密模块与中央处理器建立连接关系， 识 别码加密模块用于对电磁阀通过加密算法进行加密，电磁 阀阀体通过电磁组件和接口模块与中央处理器建立通信关 系后，中央处理器使用识别码标识模块的唯一标识码，获 取电磁阀运行状况数据并对电磁阀的阀体进行控制。可标 识电磁阀标识方法具体流程如图 2 所示。 支架控制器 智能先 导阀驱 动模块 图 1 可标识电磁阀结构 中央处理器通过 CAN 总线基于 CAN 总线协议对阀体 和电磁组件进行控制。CAN 总线作为一种能够实现分布式 实时控制的串行通信网络，网络各节点之间的数据通信实 时性强，是一种用于实时应用的串行通信协议总线，它可 以使用双绞线来传输信号。 电磁组件包括电磁铁、电磁线圈和 MOS 管，中央处理 器通过驱动MOS管的开断来控制阀体的动作。 MOS管可以 用作可变电阻也可应用于放大，可以方便地作为恒流源使 用，也可以作为电子开关使用。 电磁阀还包括电源模块，电源模块与接口模块和中央 处理器建立连接关系，电源模块用于对电磁阀的控制提供 标识性电磁阀在支架全生命周期中的作用 田海波 （中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400） 摘 要 该文介绍一种具有可标识性的电磁先导阀，该电磁先导阀在生产过程中一次性写入不可更改的标识， 通过配套的电液控制系统可实现对支架的主要机械部件的全时在线监测，并实现主要部件的全生命周期管理。 解决以往支架工作过程中全时监测能力的缺失问题，形成由设计 - 生产 - 工作过程 - 反馈4个环节组成的闭 环控制，提升支架的设计水平，提高设备的配套能力。 关键词 可标识电磁先导阀 ； 支架全生命周期管理 ； 国密算法 中图分类号 TH137 文献标志码 A 中国新技术新产品2020 NO.5（下） - 42 - 信 息 技 术 电源管理与供给。接口模块配置有供电口、信号口、备用 通信口和 GND 端子。电磁阀还包括电流检测模块和功率控 制模块，电流检测模块与中央处理器建立连接关系，电流 检测模块用于对流经电磁阀的电流进行检测。功率控制模 块与中央处理器建立连接关系，功率控制模块用于对电磁 阀的功率进行控制调节。 该产品还提供一种可标识电磁阀的标识方法，标识方 法利用电磁阀实现， 标识方法包括以下 4 步。1）在电磁阀 投入使用前，借助标志码注释模组进行电磁阀特定标志码 的注释，将独有并且一一对应的标志码载入标志码注释模 组的一次性记忆模块。2） 借助标志码加密功能对电磁阀进 行算法层面的加密操作，保证电磁阀的独有标志号不会被 非授权方识别， 且借助程序对电磁阀进行防伪操作。3）电 磁阀借助电源模组供电，通电之后的标志码识别模块与驱 动装置进行信号传输， 进行身份验证和适配性验证。4）通 过验证的电磁阀借助通信装置和驱动器进行信号传输，驱 动装置对电磁阀的动作进行操控，电磁阀实时上报本身的 作业状态。上述的可标识电磁阀标识方法的步骤（1）中， ， 电磁阀识别码采用 Unicode、 ASCII、 GBK、 GB2312 或 UTF-8 字符集编码。 编码是用特定规则把字母、 阿拉伯数字或别的 字符目标转换成数码信号， 或把参数、 信息改编成特定的电 磁信号。常见的编码格式有 ASCII、ANSI、GBK、GB2312、 UTF-8、 GB18030 和 Unicode 等。编码作为计算机书写指令 的过程， 是程序设计活动的一部分。在数字磁记录中， 可按 照一定的规则进行输入信息序列向编码序列的过程转换。 在通信系统中，采用编码可提高传送的效率和可靠性 [2]。 在上述可标识电磁阀标识方法的步骤（2）中， 识别码 保密部件针对电磁阀信息的保险措施，利用对称加密算法 进行加密操作、Hash 算法进行加密，以及使用非对称加密 算法对数据进行保护。其中的对称加密算法是使用相同解 密钥匙进行加密和解密的一种逻辑运算方法。该类方案的 优势是加解密的反应速度快并且难以破解。 4 产品功能 产品功能包括 5 个。1） 该产品带有 MCU 控制电路， 能 够进行产品标识码、控制电流、动作次数的实时记录。2） 方便通过产品标识码将电磁先导阀关联至物联网，实现产 品质量、安全追溯。3）方便了解产品功耗和使用状况，提 升产品质量。4）可以用来考核被控对象的寿命， 方便上一 级系统分析和预测器件的故障和维修时间节点，保证系统 的顺畅运行。5）可以实现大量数据的上传下达， 信息含量 大，同时具有数据分析能力，工作可靠，动作准确，基于 CAN 总线的架构使控制对象的动态信息易搜集，并具备自 标识功能，易实现部件的物联追溯。 5 结语 综上所述，随着煤矿挖掘程度的持续加深，作为煤矿 生产中的一类核心装备的液压支架，其可靠性及稳定性是 保障煤矿生产安全的主要前提条件。 无人化操作面的推广， 加速了电液操控装置体系投入煤矿相关工作面的液压支架 领域中， 而电液控制系统中核心部分的电磁先导阀的性能， 直接影响液压支架的反应快慢和支护能力。液压支架上装 配的电磁先导阀动作反应快、结构简单。因此要对现存的 电磁先导阀的构造进行改进，以此来提升先导阀的流通效 果，保障煤矿企业的安全有序生产。 参考文献 [1] 王海宁 . 浅议煤矿液压支架自动化系统的应用 [J]. 矿业装 备，2020（1） 110-111. [2] 李杰 . 国产液压支架电液控制装置的研发 [J]. 煤矿机械， 2018，39（2） 82-83. 图 2 可标识电磁阀标识方法流程图 在电磁阀出厂前通过标识码注释模块进行电磁阀唯一 的身份标识码标识，将唯一并且对应的标识码写入标 识码标注模块的一次性写入模块 通过识别码加密模块对电磁阀通过加密算法进行加密 处理，保证电磁阀的唯一标识号不会为非授权方读 取，并且通过加密算法对电磁阀实施防伪操作 验证通过的电磁阀经过通信模块和驱动装置进行通 信，电磁阀实时上传本身的工作状态 S1 S2 S3