一種基于CAN總線結構的綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)

摘 要：本文著重從電液控系統(tǒng)結構組成以及系統(tǒng)控制原理等方面介紹了一種基于CAN總線結構通信的煤礦綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)，同時介紹了CAN總線通信結構在電液控制系統(tǒng)中的通訊優(yōu)勢。

關鍵詞：CAN總線；煤礦；液壓支架；電液控

1.系統(tǒng)硬件組成及工作原理

本系統(tǒng)采用CAN總線組網結構，系統(tǒng)的組件主要由液壓支架控制器、127/12V防爆直流穩(wěn)壓電源、電磁先導閥驅動器、壓力傳感器、行程傳感器、紅外接收傳感器、紅外發(fā)射器和兩種電纜組成。其組網結構如圖1所示：

1.1 液壓支架控制器

每一臺液壓支架上都安裝了一臺液壓支架控制器，液壓支架控制器的核心為一塊工業(yè)級可編程芯片。通過搭接外圍電子電路實現子控機的控制、通訊功能。液壓支架控制器通過壓力傳感器、行程傳感器、紅外傳感器、人機操作通訊面板采集外界信號。液壓支架控制器接收到上述器件采集到的信號后經過其內部的CPU處理器運算、處理。處理結果經過串行通訊將指令下達給電磁先導閥驅動器，驅動器將所接收到的指令進行解碼分析，最終通過執(zhí)行元件電磁先導閥組控制液壓控制組件完成相應動作指示。

1.2防爆電源

本控制系統(tǒng)配備了專用的雙路防爆電源箱。雙路防爆電源箱是液壓支架電液控制裝置專用的電源變換裝置，它從工作面接入127V交流電源，變換成12.5V的直流電源，向系統(tǒng)各類設備供電。電源箱內裝有二個獨立的AC/DC膠封模塊，構成獨立的雙路電源，每路額定負載電流1.5A，可向4個相鄰的支架控制器供電，每路電源都具有輸入過壓保護、雙重截止式快速過流和過壓保護、可帶載啟動和自動恢復。

1.3傳感器

系統(tǒng)運行時通過配套的各種傳感器來檢測和收集外界各種信號，并通過對所監(jiān)測的到各種信號進行分析和處理來判斷系統(tǒng)現有狀況，進而發(fā)出動作處理信息。本系統(tǒng)在每一組液壓支架上各安裝了一個壓力傳感器，一個形成傳感器，一個紅外接收傳感器，另外在采煤機上安裝了一臺紅外發(fā)射器。

壓力傳感器是支架立柱下腔液壓力的檢測單元，它插入立柱測壓孔中，根據其檢測到的壓力實時監(jiān)視支架的支護狀態(tài)，向系統(tǒng)提供控制過程的重要參數。傳感器內具有帶溫度補償的低漂移放大器，傳感元件為電阻應變橋路，采用整體膠封。

行程傳感器是推移千斤頂活塞桿移動行程的檢測單元，反映支架或推桿所處的位置，是控制過程的重要參數，推移千斤頂活塞桿位置決定推溜移架的進程。行程傳感器裝在液壓缸中，是一個細長的直管結構，一端固定在液壓缸端部，管體深入到活塞桿中心專為其鉆出的長孔中，管體內沿著軸向有規(guī)則布置著密排的電阻列和干簧管列，它們連接成網絡電位器的電路?；钊麅惹堆b著一個套在傳感器管上的小永磁環(huán)，隨著活塞桿移動，它的小磁場使所到位置的干簧管接點閉合，相當于電位器的移動觸刷走到了這個位置，電位器輸出值的變化反映了行程的變化。

紅外發(fā)送器安裝在采煤機上，紅外接收器安裝在支架立柱上，正對著采煤機上的紅外線發(fā)射器，并與發(fā)射器處在同一高度。編碼紅外線信號從采煤機上的紅外線發(fā)射器發(fā)出，射向支架立柱上的紅外接收器。接收器接收到紅外線信號后，經內部電路的處理變換，通過電纜向支架控制器輸入模擬電壓信號。支架控制器接到此信號后，向支架電控系統(tǒng)發(fā)布采煤機的位置。從而控制支架的動作。

1.4電磁驅動器

電磁閥驅動器接在支架控制器與電磁先導閥之間，它接收來至支架控制器的控制命令，進行解碼后，驅動相應的電磁先導閥換向，經過液控系統(tǒng)，控制支架的動作。采用整體膠封，與支架控制器用4芯電纜連接，同步串行通信，與電磁先導閥用4芯赫斯曼接口，共電源，低端控制。

1.5電液驅動閥組和液壓控制輔助組件

電液驅動閥組為本系統(tǒng)執(zhí)行驅動元件，與液壓控制輔助組件相互配合來執(zhí)行系統(tǒng)預期的動作指令，進而實現對液壓支架的控制功能。電液驅動閥組為單元組合結構。每個單元包括液動的主控換向閥和對應的電磁先導閥，電磁先導閥是靠電磁線圈通電產生的吸力而動作的，一個單元有兩個電磁線圈，分別控制兩個動作。電磁先導閥的動作除了靠電磁線圈的吸力，還可以直接推壓推桿的外端，推桿帶動先導閥芯動作。推桿外端封有膠護罩，供手動按壓。在停電、電控系統(tǒng)有故障或其他臨時不使用電控系統(tǒng)的情況下，作為應急操作，可直接按推桿使先導閥動作，但不允許經常這樣操作，因為易導致?lián)p壞。

2.結束語

本文所介紹的此系統(tǒng)為筆者在生產實際中所使用過的一套國產電液控系統(tǒng)。從使用過程中來看，國產電液控技術已基本成熟，對于煤礦地質條件較好的工作面可以基本實現液壓支架電液控功能。但是當遇到工作面地質條件有所變化時，系統(tǒng)則會表現出不足之處。因此國產電液控系統(tǒng)還存在一定的技術提升空間。

參考文獻

[1]ZDYZ電液控制系統(tǒng)用戶手冊-開灤范各莊115培訓手冊.寧波長壁流體動力科技有限公司.

[2]吳堅，趙英凱，黃玉清.計算機控制系統(tǒng).武漢.武漢理工大學出版社，2002，8.

[3]姜志海.單片機原理及應用.北京：電子工業(yè)出版社，2005，7.

作者簡介：呂艷龍（1983～）男，2010年畢業(yè)于西南科技大學自動化專業(yè)，機電助理工程師，現于開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司綜采三隊負責機電技術管理工作。