一種基于CAN總線結構的綜采液壓支架電液控制系統

摘 要：本文著重從電液控系統結構組成以及系統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，同時介紹了CAN總線通信結構在電液控制系統中的通訊優勢。

關鍵詞：CAN總線；煤礦；液壓支架；電液控

1.系統硬件組成及工作原理

本系統采用CAN總線組網結構，系統的組件主要由液壓支架控制器、127/12V防爆直流穩壓電源、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，并通過對所監測的到各種信號進行分析和處理來判斷系統現有狀況，進而發出動作處理信息。本系統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視支架的支護狀態，向系統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。活塞內嵌裝著一個套在傳感器管上的小永磁環，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射器，并與發射器處在同一高度。編碼紅外線信號從采煤機上的紅外線發射器發出，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，向支架電控系統發布采煤機的位置。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，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執行驅動元件，與液壓控制輔助組件相互配合來執行系統預期的動作指令，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、電控系統有故障或其他臨時不使用電控系統的情況下，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，因為易導致損壞。

2.結束語

本文所介紹的此系統為筆者在生產實際中所使用過的一套國產電液控系統。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，系統則會表現出不足之處。因此國產電液控系統還存在一定的技術提升空間。

參考文獻

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[3]姜志海.單片機原理及應用.北京：電子工業出版社，2005，7.

作者簡介：呂艷龍（1983～）男，2010年畢業于西南科技大學自動化專業，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分公司綜采三隊負責機電技術管理工作。