標(biāo)識(shí)性電磁閥在支架全生命周期中的作用

田海波

摘? 要：該文介紹一種具有可標(biāo)識(shí)性的電磁先導(dǎo)閥，該電磁先導(dǎo)閥在生產(chǎn)過程中一次性寫入不可更改的標(biāo)識(shí)，通過配套的電液控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對支架的主要機(jī)械部件的全時(shí)在線監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)主要部件的全生命周期管理。解決以往支架工作過程中全時(shí)監(jiān)測能力的缺失問題，形成由設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-工作過程-反饋4個(gè)環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)控制，提升支架的設(shè)計(jì)水平，提高設(shè)備的配套能力。

關(guān)鍵詞：可標(biāo)識(shí)電磁先導(dǎo)閥;支架全生命周期管理;國密算法

中圖分類號(hào)：TH137? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 技術(shù)背景

電磁先導(dǎo)閥是工業(yè)設(shè)備中常見的裝置，尤其是在井下有著非常廣泛的應(yīng)用。操作者接通電磁先導(dǎo)閥的電源后，閥桿在電磁感應(yīng)的作用下進(jìn)行提升動(dòng)作，進(jìn)而打開先導(dǎo)閥的開口，相應(yīng)的電磁閥頂部腔體借由先導(dǎo)孔釋放壓力，電磁先導(dǎo)閥內(nèi)部主閥的閥芯四周產(chǎn)生了一定的壓強(qiáng)差值，電磁先導(dǎo)閥主閥芯在相關(guān)流體壓力的作用下向上移動(dòng)，打開主閥口。關(guān)閉開關(guān)時(shí)，閥桿受到彈力和主閥芯自重的驅(qū)動(dòng)而恢復(fù)初始位置，電磁閥上腔壓力升高，流體壓力推動(dòng)主閥芯向下移動(dòng)，主閥口關(guān)閉。

現(xiàn)有的電磁先導(dǎo)閥通常采用是開關(guān)信號(hào)控制方式，即通過通電-斷電邏輯實(shí)現(xiàn)電磁先導(dǎo)閥的功能，隨著礦井自動(dòng)化、智能化的推進(jìn)，尤其是在支架電液控制系統(tǒng)中，常常需要獲取電磁先導(dǎo)閥的工作信息，實(shí)現(xiàn)對支架的狀況評估。而該領(lǐng)域現(xiàn)有的電磁先導(dǎo)閥都不具備這種能力。目前的電磁先導(dǎo)閥自身無法自動(dòng)標(biāo)識(shí)，但智能化的基本要求是該電磁先導(dǎo)閥能夠被支架電液控制系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)對電磁先導(dǎo)閥的全生命周期監(jiān)控。因此，該文介紹了一種新的技術(shù)方案，解決了電磁先導(dǎo)閥的標(biāo)識(shí)識(shí)別問題，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了支架的全生命周期管理。

2 產(chǎn)品介紹

該產(chǎn)品是一種可標(biāo)識(shí)電磁閥（如圖1所示），通過標(biāo)識(shí)碼將電磁先導(dǎo)閥關(guān)聯(lián)至物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、安全追溯。能夠記錄控制電流，幫助了解功耗和使用狀況，為提升產(chǎn)品質(zhì)量提供數(shù)據(jù)支持，方便考核被控對象的壽命，方便上級(jí)系統(tǒng)分析和預(yù)測器件的故障和維修時(shí)間節(jié)點(diǎn)，保證系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。

3 產(chǎn)品技術(shù)方案

該產(chǎn)品的技術(shù)方案為設(shè)計(jì)一種可標(biāo)識(shí)電磁閥，電磁閥包括驅(qū)動(dòng)器、閥體和電磁組件，閥體與電磁組件連接，電磁閥還包括中央處理器、通信模塊、接口模塊、識(shí)別碼標(biāo)識(shí)模塊和識(shí)別碼加密模塊。閥體通過電磁組件與接口模塊建立連接關(guān)系。通信模塊與接口模塊建立連接關(guān)系，通信模塊還與中央處理器建立連接關(guān)系。通信模塊用于閥體利用通信模塊，通過電磁組件和接口模塊與中央處理器建立連接關(guān)系[1]。識(shí)別碼標(biāo)識(shí)模塊與中央處理器建立連接關(guān)系，識(shí)別碼標(biāo)識(shí)模塊用于對電磁閥進(jìn)行識(shí)別碼標(biāo)識(shí)，在電磁閥出廠前把唯一對應(yīng)的標(biāo)識(shí)碼寫入識(shí)別碼標(biāo)識(shí)模塊的一次性寫入部分。識(shí)別碼加密模塊與中央處理器建立連接關(guān)系，識(shí)別碼加密模塊用于對電磁閥通過加密算法進(jìn)行加密，電磁閥閥體通過電磁組件和接口模塊與中央處理器建立通信關(guān)系后，中央處理器使用識(shí)別碼標(biāo)識(shí)模塊的唯一標(biāo)識(shí)碼，獲取電磁閥運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)并對電磁閥的閥體進(jìn)行控制。可標(biāo)識(shí)電磁閥標(biāo)識(shí)方法具體流程如圖2所示。

中央處理器通過CAN總線基于CAN總線協(xié)議對閥體和電磁組件進(jìn)行控制。CAN總線作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)分布式實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通信協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號(hào)。

電磁組件包括電磁鐵、電磁線圈和MOS管，中央處理器通過驅(qū)動(dòng)MOS管的開斷來控制閥體的動(dòng)作。MOS管可以用作可變電阻也可應(yīng)用于放大，可以方便地作為恒流源使用，也可以作為電子開關(guān)使用。

電磁閥還包括電源模塊，電源模塊與接口模塊和中央處理器建立連接關(guān)系，電源模塊用于對電磁閥的控制提供電源管理與供給。接口模塊配置有供電口、信號(hào)口、備用通信口和GND端子。電磁閥還包括電流檢測模塊和功率控制模塊，電流檢測模塊與中央處理器建立連接關(guān)系，電流檢測模塊用于對流經(jīng)電磁閥的電流進(jìn)行檢測。功率控制模塊與中央處理器建立連接關(guān)系，功率控制模塊用于對電磁閥的功率進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。

該產(chǎn)品還提供一種可標(biāo)識(shí)電磁閥的標(biāo)識(shí)方法，標(biāo)識(shí)方法利用電磁閥實(shí)現(xiàn)，標(biāo)識(shí)方法包括以下4步。1）在電磁閥投入使用前，借助標(biāo)志碼注釋模組進(jìn)行電磁閥特定標(biāo)志碼的注釋，將獨(dú)有并且一一對應(yīng)的標(biāo)志碼載入標(biāo)志碼注釋模組的一次性記憶模塊。2）借助標(biāo)志碼加密功能對電磁閥進(jìn)行算法層面的加密操作，保證電磁閥的獨(dú)有標(biāo)志號(hào)不會(huì)被非授權(quán)方識(shí)別，且借助程序?qū)﹄姶砰y進(jìn)行防偽操作。3）電磁閥借助電源模組供電，通電之后的標(biāo)志碼識(shí)別模塊與驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行信號(hào)傳輸，進(jìn)行身份驗(yàn)證和適配性驗(yàn)證。4）通過驗(yàn)證的電磁閥借助通信裝置和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行信號(hào)傳輸，驅(qū)動(dòng)裝置對電磁閥的動(dòng)作進(jìn)行操控，電磁閥實(shí)時(shí)上報(bào)本身的作業(yè)狀態(tài)。上述的可標(biāo)識(shí)電磁閥標(biāo)識(shí)方法的步驟（1）中，，電磁閥識(shí)別碼采用Unicode、ASCII、GBK、GB2312或UTF-8字符集編碼。編碼是用特定規(guī)則把字母、阿拉伯?dāng)?shù)字或別的字符目標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼信號(hào)，或把參數(shù)、信息改編成特定的電磁信號(hào)。常見的編碼格式有ASCII、ANSI、GBK、GB2312、UTF-8、GB18030和Unicode等。編碼作為計(jì)算機(jī)書寫指令的過程，是程序設(shè)計(jì)活動(dòng)的一部分。在數(shù)字磁記錄中，可按照一定的規(guī)則進(jìn)行輸入信息序列向編碼序列的過程轉(zhuǎn)換。在通信系統(tǒng)中，采用編碼可提高傳送的效率和可靠性[2]。

在上述可標(biāo)識(shí)電磁閥標(biāo)識(shí)方法的步驟（2）中，識(shí)別碼保密部件針對電磁閥信息的保險(xiǎn)措施，利用對稱加密算法進(jìn)行加密操作、Hash算法進(jìn)行加密，以及使用非對稱加密算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。其中的對稱加密算法是使用相同解密鑰匙進(jìn)行加密和解密的一種邏輯運(yùn)算方法。該類方案的優(yōu)勢是加解密的反應(yīng)速度快并且難以破解。

4 產(chǎn)品功能

產(chǎn)品功能包括5個(gè)。1）該產(chǎn)品帶有MCU控制電路，能夠進(jìn)行產(chǎn)品標(biāo)識(shí)碼、控制電流、動(dòng)作次數(shù)的實(shí)時(shí)記錄。2）方便通過產(chǎn)品標(biāo)識(shí)碼將電磁先導(dǎo)閥關(guān)聯(lián)至物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、安全追溯。3）方便了解產(chǎn)品功耗和使用狀況，提升產(chǎn)品質(zhì)量。4）可以用來考核被控對象的壽命，方便上一級(jí)系統(tǒng)分析和預(yù)測器件的故障和維修時(shí)間節(jié)點(diǎn)，保證系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。5）可以實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)，信息含量大，同時(shí)具有數(shù)據(jù)分析能力，工作可靠，動(dòng)作準(zhǔn)確，基于CAN總線的架構(gòu)使控制對象的動(dòng)態(tài)信息易搜集，并具備自標(biāo)識(shí)功能，易實(shí)現(xiàn)部件的物聯(lián)追溯。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著煤礦挖掘程度的持續(xù)加深，作為煤礦生產(chǎn)中的一類核心裝備的液壓支架，其可靠性及穩(wěn)定性是保障煤礦生產(chǎn)安全的主要前提條件。無人化操作面的推廣，加速了電液操控裝置體系投入煤礦相關(guān)工作面的液壓支架領(lǐng)域中，而電液控制系統(tǒng)中核心部分的電磁先導(dǎo)閥的性能，直接影響液壓支架的反應(yīng)快慢和支護(hù)能力。液壓支架上裝配的電磁先導(dǎo)閥動(dòng)作反應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單。因此要對現(xiàn)存的電磁先導(dǎo)閥的構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)，以此來提升先導(dǎo)閥的流通效果，保障煤礦企業(yè)的安全有序生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王海寧.淺議煤礦液壓支架自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用[J].礦業(yè)裝備，2020（1）：110-111.

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