基于CAN總線的液壓支架控制系統(tǒng)的研究

何秀媛

HE Xiu-yuan

（長春工業(yè)大學(xué) 人文信息學(xué)院，長春 130122）

0 引言

液壓支架作為重要的綜采設(shè)備，為井下作業(yè)人員與設(shè)備提供必要的工作空間，與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化的煤炭采掘過程[1,2]。液壓支架工作的穩(wěn)定性，是保證井下安全生產(chǎn)的前提，使用現(xiàn)代控制理論與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)液壓支架的精準(zhǔn)控制，提高液壓支架操作的自動(dòng)化水平，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)功能

基于CAN總線的液壓支架控制系統(tǒng)的首要功能是控制功能，系統(tǒng)需要對(duì)液壓支架的各個(gè)油缸完成控制[3]，包括立柱、移動(dòng)與平衡千斤頂、護(hù)板、伸縮桿等的各種動(dòng)作，鄰架的單動(dòng)與聯(lián)動(dòng)，另外對(duì)于液壓支架的故障應(yīng)該進(jìn)行預(yù)判，并實(shí)時(shí)完成報(bào)警功能。其次是監(jiān)控與顯示功能，液壓支架的工況信息需要上位機(jī)進(jìn)行顯示，立柱的壓力值、液壓支架的工作參數(shù)、采煤機(jī)在工作面中的位置等信息均需要通過上位機(jī)直觀加以顯示。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于CAN總線的液壓支架控制系統(tǒng)采用主從控制方式，以CAN總線完成通信功能，系統(tǒng)中包括了控制主站與從站，壓力、位移等傳感器、液壓系統(tǒng)等部分構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 主從站設(shè)計(jì)

基于CAN的液壓支架控制系統(tǒng)主從站均以PLC為核心，使用CAN方式通信，均具有報(bào)警裝置、LCD顯示裝置及鍵盤等，從站與主站相比，還需要傳感器與電磁閥等設(shè)備，其中從站硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 從站硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2 設(shè)備選型

系統(tǒng)中使用的硬件設(shè)備，應(yīng)符合煤礦生產(chǎn)安全的要求。PLC選用了西門子S7-300系列型PLC。位移傳感器使用了EEP的PR116-020型位移傳感器，該傳感器電源為12VDC，可在-20℃～+70℃范圍內(nèi)工作。液壓支架立柱缸壓力通過壓力傳感獲取，壓力傳感器選用了EEP的Drucksensor位移傳感器，該傳感器可以檢測(cè)0至450bar范圍內(nèi)的壓力值。電源選擇了EEP的PR116-081-D電源，該電源可在-20℃～+60℃范圍穩(wěn)定工作。

表1 通信協(xié)議

2.3 從站軟件設(shè)計(jì)

從站需要實(shí)現(xiàn)的功能包括推動(dòng)溜子、單價(jià)單動(dòng)作、鄰架聯(lián)動(dòng)作、故障報(bào)警等，推溜操作是從站實(shí)現(xiàn)的主要功能[4]，當(dāng)按下推溜操作鍵時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行特定時(shí)間的推溜操作，在特定時(shí)間內(nèi)完成該操作，推溜操作的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 推溜操作流程圖

2.4 CAN通信協(xié)議設(shè)計(jì)

液壓支架計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的通信使用了CAN總線，CAN是Controller Area Network的縮寫，通信協(xié)議是保證系統(tǒng)正確通信的基礎(chǔ)[5]，液壓支架控制系統(tǒng)中需要傳輸?shù)男畔刂泼睢鞲衅鞑杉瘮?shù)據(jù)信息、緊急控制命令等，系統(tǒng)通信傳輸數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為10個(gè)字節(jié)，具體協(xié)議如表1所示，部分控制命令如表2所示。

表2 控制命令對(duì)應(yīng)表

2.5 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

液壓支架監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)以直觀的形式為操作者提供液壓支架的工況信息并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理，上位機(jī)監(jiān)控軟件使用組態(tài)王6.5設(shè)計(jì)，組態(tài)王是應(yīng)用十分廣泛的組態(tài)軟件，借助于組態(tài)王可以方便快捷的構(gòu)建出工業(yè)控制軟件，本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)了四大功能模塊，分別包括綜采工作面信息顯示模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、單個(gè)支架信息顯示模塊、報(bào)表信息處理模塊，系統(tǒng)的功能模塊圖如圖4所示。

圖4 上位機(jī)系統(tǒng)功能模塊圖

3 結(jié)束語

液壓支架是煤礦井下開采中使用的重要綜采設(shè)備，可以為井下作業(yè)人員提供必要的工作空間，是實(shí)現(xiàn)安全綜采的重要保障。使用CAN總線技術(shù)、傳感器技術(shù)、組態(tài)軟件技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)的基于CAN總線的液壓支架控制系統(tǒng)，可以完成液壓支架的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)具體工況信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了液壓支架工作的可靠性，提高井下綜采效率。

[1] 熊磊.液壓支架控制系統(tǒng)中央操作站軟件設(shè)計(jì)[D].武漢：華中科技大學(xué),2009.

[2] 許靜,王忠賓,范禎科.基于Ethernet的綜采工作面液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014(03)：38-41.

[3] 周俊良.影響液壓支架電液控制系統(tǒng)可靠性諸因素分析[J].煤礦開采,2013,18(03)：46-49.

[4] 王佞,楊坤.煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究[J].煤礦機(jī)械,2013,34(05)：191-192.

[5] 翟清波.基于CAN總線的液壓支架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南昌：南昌大學(xué),2008.