標識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識性的電磁先導閥，該電磁先導閥在生產過程中一次性寫入不可更改的標識，通過配套的電液控制系統可實現對支架的主要機械部件的全時在線監測，并實現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監測能力的缺失問題，形成由設計-生產-工作過程-反饋4個環節組成的閉環控制，提升支架的設計水平，提高設備的配套能力。

關鍵詞：可標識電磁先導閥;支架全生命周期管理;國密算法

中圖分類號：TH137? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 技術背景

電磁先導閥是工業設備中常見的裝置，尤其是在井下有著非常廣泛的應用。操作者接通電磁先導閥的電源后，閥桿在電磁感應的作用下進行提升動作，進而打開先導閥的開口，相應的電磁閥頂部腔體借由先導孔釋放壓力，電磁先導閥內部主閥的閥芯四周產生了一定的壓強差值，電磁先導閥主閥芯在相關流體壓力的作用下向上移動，打開主閥口。關閉開關時，閥桿受到彈力和主閥芯自重的驅動而恢復初始位置，電磁閥上腔壓力升高，流體壓力推動主閥芯向下移動，主閥口關閉。

現有的電磁先導閥通常采用是開關信號控制方式，即通過通電-斷電邏輯實現電磁先導閥的功能，隨著礦井自動化、智能化的推進，尤其是在支架電液控制系統中，常常需要獲取電磁先導閥的工作信息，實現對支架的狀況評估。而該領域現有的電磁先導閥都不具備這種能力。目前的電磁先導閥自身無法自動標識，但智能化的基本要求是該電磁先導閥能夠被支架電液控制系統自動識別，從而實現對電磁先導閥的全生命周期監控。因此，該文介紹了一種新的技術方案，解決了電磁先導閥的標識識別問題，進一步實現了支架的全生命周期管理。

2 產品介紹

該產品是一種可標識電磁閥（如圖1所示），通過標識碼將電磁先導閥關聯至物聯網，實現產品質量、安全追溯。能夠記錄控制電流，幫助了解功耗和使用狀況，為提升產品質量提供數據支持，方便考核被控對象的壽命，方便上級系統分析和預測器件的故障和維修時間節點，保證系統的順暢運行。

3 產品技術方案

該產品的技術方案為設計一種可標識電磁閥，電磁閥包括驅動器、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、識別碼標識模塊和識別碼加密模塊。閥體通過電磁組件與接口模塊建立連接關系。通信模塊與接口模塊建立連接關系，通信模塊還與中央處理器建立連接關系。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系[1]。識別碼標識模塊與中央處理器建立連接關系，識別碼標識模塊用于對電磁閥進行識別碼標識，在電磁閥出廠前把唯一對應的標識碼寫入識別碼標識模塊的一次性寫入部分。識別碼加密模塊與中央處理器建立連接關系，識別碼加密模塊用于對電磁閥通過加密算法進行加密，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系后，中央處理器使用識別碼標識模塊的唯一標識碼，獲取電磁閥運行狀況數據并對電磁閥的閥體進行控制?？蓸俗R電磁閥標識方法具體流程如圖2所示。

中央處理器通過CAN總線基于CAN總線協議對閥體和電磁組件進行控制。CAN總線作為一種能夠實現分布式實時控制的串行通信網絡，網絡各節點之間的數據通信實時性強，是一種用于實時應用的串行通信協議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號。

電磁組件包括電磁鐵、電磁線圈和MOS管，中央處理器通過驅動MOS管的開斷來控制閥體的動作。MOS管可以用作可變電阻也可應用于放大，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系，電流檢測模塊用于對流經電磁閥的電流進行檢測。功率控制模塊與中央處理器建立連接關系，功率控制模塊用于對電磁閥的功率進行控制調節。

該產品還提供一種可標識電磁閥的標識方法，標識方法利用電磁閥實現，標識方法包括以下4步。1）在電磁閥投入使用前，借助標志碼注釋模組進行電磁閥特定標志碼的注釋，將獨有并且一一對應的標志碼載入標志碼注釋模組的一次性記憶模塊。2）借助標志碼加密功能對電磁閥進行算法層面的加密操作，保證電磁閥的獨有標志號不會被非授權方識別，且借助程序對電磁閥進行防偽操作。3）電磁閥借助電源模組供電，通電之后的標志碼識別模塊與驅動裝置進行信號傳輸，進行身份驗證和適配性驗證。4）通過驗證的電磁閥借助通信裝置和驅動器進行信號傳輸，驅動裝置對電磁閥的動作進行操控，電磁閥實時上報本身的作業狀態。上述的可標識電磁閥標識方法的步驟（1）中，，電磁閥識別碼采用Unicode、ASCII、GBK、GB2312或UTF-8字符集編碼。編碼是用特定規則把字母、阿拉伯數字或別的字符目標轉換成數碼信號，或把參數、信息改編成特定的電磁信號。常見的編碼格式有ASCII、ANSI、GBK、GB2312、UTF-8、GB18030和Unicode等。編碼作為計算機書寫指令的過程，是程序設計活動的一部分。在數字磁記錄中，可按照一定的規則進行輸入信息序列向編碼序列的過程轉換。在通信系統中，采用編碼可提高傳送的效率和可靠性[2]。

在上述可標識電磁閥標識方法的步驟（2）中，識別碼保密部件針對電磁閥信息的保險措施，利用對稱加密算法進行加密操作、Hash算法進行加密，以及使用非對稱加密算法對數據進行保護。其中的對稱加密算法是使用相同解密鑰匙進行加密和解密的一種邏輯運算方法。該類方案的優勢是加解密的反應速度快并且難以破解。

4 產品功能

產品功能包括5個。1）該產品帶有MCU控制電路，能夠進行產品標識碼、控制電流、動作次數的實時記錄。2）方便通過產品標識碼將電磁先導閥關聯至物聯網，實現產品質量、安全追溯。3）方便了解產品功耗和使用狀況，提升產品質量。4）可以用來考核被控對象的壽命，方便上一級系統分析和預測器件的故障和維修時間節點，保證系統的順暢運行。5）可以實現大量數據的上傳下達，信息含量大，同時具有數據分析能力，工作可靠，動作準確，基于CAN總線的架構使控制對象的動態信息易搜集，并具備自標識功能，易實現部件的物聯追溯。

5 結語

綜上所述，隨著煤礦挖掘程度的持續加深，作為煤礦生產中的一類核心裝備的液壓支架，其可靠性及穩定性是保障煤礦生產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工作面的液壓支架領域中，而電液控制系統中核心部分的電磁先導閥的性能，直接影響液壓支架的反應快慢和支護能力。液壓支架上裝配的電磁先導閥動作反應快、結構簡單。因此要對現存的電磁先導閥的構造進行改進，以此來提升先導閥的流通效果，保障煤礦企業的安全有序生產。

參考文獻

[1]王海寧.淺議煤礦液壓支架自動化系統的應用[J].礦業裝備，2020（1）：110-111.

[2]李杰.國產液壓支架電液控制裝置的研發[J].煤礦機械，2018，39（2）：82-83.