單體液壓支柱動(dòng) (靜)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

秦海忠,吳志剛

(1.晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊礦,山西晉城 048021;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京 100013)

單體液壓支柱動(dòng) (靜)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

秦海忠1,吳志剛2

(1.晉城煤業(yè)集團(tuán)成莊礦,山西晉城 048021;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部,北京 100013)

Design and Realization of Dynam ic(static)Detection System for Hydraulic Prop

靜態(tài)監(jiān)測(cè)不能很好地滿足多次重復(fù)使用的單體液壓支柱的檢測(cè)要求。提出一種新型單體液壓支柱動(dòng) (靜)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng),動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)滿足油缸全長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)的要求,靜態(tài)監(jiān)測(cè)針對(duì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)不確定部分進(jìn)一步檢測(cè),更好地滿足煤礦單體液壓支柱監(jiān)測(cè)的要求。

單體液壓支柱;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);動(dòng)態(tài);單片機(jī)

單體液壓支柱性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到頂板的支護(hù)安全,而影響支柱質(zhì)量的因素主要是密封性能。為保證單體液壓支柱工作面的支護(hù)質(zhì)量,首要問(wèn)題是下井的支柱密封性能要達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。目前,煤礦上單體液壓支柱檢修單位在檢修好的單體支柱保壓試驗(yàn)時(shí)大部分都采用了專用儀器。從產(chǎn)品型號(hào)來(lái)分有 DK22A,DK22B,DK22C型單體液壓支柱密封質(zhì)量檢測(cè)儀和 KJDT21,KJDT22型高性能單體液壓支柱保壓性能檢測(cè)儀。從功能上看,DK系列的檢測(cè)儀都是以固定的 15只傳感器為一套儀器,且 15只傳感器必須在同一時(shí)刻開始保壓檢測(cè),即等待所有被測(cè)支柱均被注完液后,通過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤或?qū)Ｓ面I盤按鍵后,檢測(cè)儀才開始檢測(cè),造成第 1棵支柱與最后一棵支柱有較長(zhǎng)的時(shí)間差,檢測(cè)過(guò)程中不知道每棵支柱的當(dāng)前壓力。KJDT21型監(jiān)測(cè)儀克服了上述的時(shí)間差缺陷,能自動(dòng)識(shí)別初壓,在計(jì)算機(jī)控制下每棵支柱可進(jìn)行單獨(dú)計(jì)時(shí)檢測(cè),且具有就地動(dòng)態(tài)壓力顯示和檢測(cè)不合格聲光報(bào)警功能,是DK系列檢測(cè)儀的換代產(chǎn)品。KJDT22型智能控制器內(nèi)部有時(shí)鐘,能夠顯示降壓百分比和檢測(cè)時(shí)間[1]。

上述各種單體液壓支柱檢測(cè)系統(tǒng),只能進(jìn)行靜態(tài)的高、低壓密封質(zhì)量檢測(cè),不能在單體液壓支柱全長(zhǎng)斷面動(dòng)態(tài)檢測(cè),不能很好地滿足煤礦單體液壓支柱檢測(cè)的要求。單體液壓支柱動(dòng) (靜)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng),能夠全長(zhǎng)斷面進(jìn)行密封質(zhì)量檢測(cè),對(duì)動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果不確定的點(diǎn),進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè),較好地滿足煤礦檢測(cè)的需求。該檢測(cè)系統(tǒng),直接檢測(cè)單體液壓支柱油缸的壓力,避免鋼弦式傳感器、應(yīng)變式傳感器等測(cè)力傳感器對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。采用進(jìn)口壓力傳感器芯體,檢測(cè)效果大大增強(qiáng),能夠快速、準(zhǔn)確、定量地檢測(cè)單體液壓支柱密封質(zhì)量。

1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)由動(dòng) (靜)態(tài)監(jiān)測(cè)儀、油管、恒壓力控制閥、電動(dòng)泵、完好單體支柱等組成。具體監(jiān)測(cè)過(guò)程如圖 1所示:電動(dòng)泵以恒壓力、恒流量的方式給完好的單體液壓支柱加壓,測(cè)量被檢測(cè)單體液壓支柱壓力,如果被檢測(cè)單體液壓支柱壓力下降較多,而完好的單體液壓支柱壓力未下降,說(shuō)明被測(cè)單體液壓支柱此時(shí)密封質(zhì)量不好,如果被測(cè)單體液壓支柱壓力和完好單體液壓支柱的壓力同時(shí)下降,說(shuō)明被測(cè)單體液壓支柱的壓力控制閥打開,屬于完好測(cè)試過(guò)程。根據(jù)兩個(gè)單體液壓支柱的壓力 -時(shí)間曲線,可以判斷特定位置的密封質(zhì)量好壞。同時(shí)本系統(tǒng)能夠?qū)唧w位置進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量 (此時(shí)僅需要在動(dòng) (靜)態(tài)監(jiān)測(cè)儀按一下開關(guān)就行)。

圖1 動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)原理

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單體液壓支柱動(dòng) (靜)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)由動(dòng) (靜)態(tài)監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)傳輸電纜、計(jì)算機(jī)、PCI接口的CAN通信卡等組成,主要特點(diǎn)是系統(tǒng)采用 CAN通信,動(dòng) (靜)態(tài)監(jiān)測(cè)儀采用進(jìn)口芯體,具有 CAN通信協(xié)議的智能變送器,計(jì)算機(jī)通過(guò)內(nèi)部的 CAN通信卡和檢測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)具有高可靠性、高速度、多功能,擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所有檢測(cè)儀均通過(guò) 1根 4芯電纜串接,與微機(jī)構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),儀器連線十分方便。

CAN總線即控制局域網(wǎng)絡(luò),是公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)之一。其優(yōu)點(diǎn)有:高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性及獨(dú)特的設(shè)計(jì);CAN總線為多主從方式工作,網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)不分主從,通信方式靈活,有很好的擴(kuò)展性;當(dāng)通信發(fā)生沖突時(shí), CAN總線采用非破壞總線仲裁技術(shù),媒體訪問(wèn)機(jī)制采用帶有優(yōu)先級(jí)的具碰撞檢測(cè)之載波感應(yīng)多重存取方式 (CS/CD),優(yōu)先級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出通信,這樣可以大大地提高通信的可靠性,即使是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況;智能節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能,以使總線上其他的節(jié)點(diǎn)操作不受影響; CAN總線采用的信息格式為短幀結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)信息分成不同的優(yōu)先級(jí)[2]。以上的這些優(yōu)點(diǎn)很適合單體液壓支柱檢測(cè)系統(tǒng)的要求。

總線智能傳感器是現(xiàn)代傳感器的一個(gè)重要發(fā)展方向,其能夠單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng),進(jìn)行智能控制,也可并入其他網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)更大的系統(tǒng),滿足復(fù)雜監(jiān)測(cè)控制的需要。總線智能傳感器很好地滿足了液壓?jiǎn)误w支柱的檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠、安裝靈活方便、精度高、互換性強(qiáng)、方便組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 PCI接口的CAN通信卡

PCI接口的 CAN通信卡,直接插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽內(nèi),保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。主要技術(shù)指標(biāo)為支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議,與ISO11898兼容;波特率可編程,最高 1Mbps;即插即用,資源自動(dòng)分配;CAN通信接口隔離電壓為 1000V;CAN總線接口為DB9針式插座,符合C IA標(biāo)準(zhǔn);外形尺寸 130mm×85mm;工作溫度 0～70℃;電源功耗DC5V@200mA。

2.2 動(dòng) (靜)態(tài)監(jiān)測(cè)儀

動(dòng) (靜)態(tài)監(jiān)測(cè)儀,采用進(jìn)口壓力芯體,具有耐沖擊、耐腐蝕、精度高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。既能進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè),又能進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí),進(jìn)行高速 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸;靜態(tài)檢測(cè)監(jiān)測(cè)時(shí),3位數(shù)碼管顯示,自動(dòng)報(bào)警功能。

技術(shù)指標(biāo):內(nèi)置CAN協(xié)議,支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議;高性能 16位單片機(jī);∑-△自校正A/D轉(zhuǎn)換芯片;CAN通信接口隔離電壓為1000V;測(cè)量精度 ±0.05MPa;分辨率 0.05 MPa。

2.3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要對(duì)各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析。具有自診斷功能,能夠判斷何處的傳感器通訊不成功。主要功能模塊包括:用戶權(quán)限管理子系統(tǒng);動(dòng)態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng);靜態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng);歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng);工作參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng)。

(1)用戶權(quán)限管理子系統(tǒng) 用戶權(quán)限管理子系統(tǒng)用于設(shè)定不同用戶的操作權(quán)限和登錄密碼。

(2)動(dòng)態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng)用于接收動(dòng) (靜)態(tài)監(jiān)測(cè)儀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),顯示全部監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和曲線,并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)根據(jù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)原理進(jìn)行壓力比較、判斷,對(duì)不合格的單體液壓支柱報(bào)警顯示。

(3)靜態(tài)檢測(cè)子系統(tǒng) 根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果,對(duì)不確定的斷面,根據(jù)《礦用單體液壓支柱》密封質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求,進(jìn)行密封質(zhì)量檢測(cè),進(jìn)一步確定單體液壓支柱的可靠性。

(4)歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng) 歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的條件,如時(shí)間點(diǎn)和設(shè)備點(diǎn)等,顯示某個(gè)單體液壓支柱檢測(cè)數(shù)據(jù)以曲線或列表的方式顯示并打印,并可生成各種形式的報(bào)表。

(5)工作參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng) 工作參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng),只允系統(tǒng)管理員進(jìn)行操作。主要功能:根據(jù)實(shí)際設(shè)定動(dòng)態(tài)或靜態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際需要,設(shè)定系統(tǒng)巡檢周期。

3 結(jié)束語(yǔ)

單體液壓支柱動(dòng) (靜)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng),能夠?qū)误w液壓支柱全長(zhǎng)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),靜態(tài)檢測(cè)既可以進(jìn)一步校驗(yàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)的合理性,又可以單獨(dú)作為單體液壓支柱密封質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)使用,通過(guò)計(jì)算機(jī)輸入檢測(cè)儀的常數(shù)和一些參數(shù),初始化檢測(cè)儀,總線智能檢測(cè)儀能夠檢測(cè)壓力、計(jì)算、判斷、顯示等,即使斷電再上電后,也不需要再初始化,直接進(jìn)入正常檢測(cè),可獨(dú)立工作。如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)降壓百分比超過(guò)設(shè)定值,則發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。單體液壓支柱動(dòng) (靜)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)能夠較好地滿足煤礦單體液壓支柱檢測(cè)的要求。

[1]李玉華,鄭淑麗,等 .付村煤礦單體支柱密封保壓檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)及應(yīng)用 [J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2003 (2):69-71.

[2]劉浚峰,魏學(xué)業(yè).一種基于CAN總線的鐵路信號(hào)燈自動(dòng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究 [J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),2003(6):44-47.

[責(zé)任編輯:王興庫(kù)]

TD355.3

B

1006-6225(2010)05-0076-02

2010-06-08

秦海忠 (1970-),男,山西高平人,工程碩士,工程師,主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)與管理。