井下液压支架压力无线监测的研究

2019-07-26 版权声明 举报文章

摘要:液压支架能够可靠有效地支撑和控制工作面的顶板,隔离采空区,防止矸石进入工作面,并能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序,为工作面产量和效率迅速提高奠定基础口。本文主要介绍了液压支架控制系统硬件的构成与总体结构,接着介绍了液压支架压力上位机监控软件设计,总结井下液压支架压力测试的设计过程,最后对其的发展趋势做了展望。

关键词:液压支架控制;节点控制系统;上位机;无线监测

1引言

采煤工作面支护设备是支撑和维护采煤工作面控顶区顶板,为采煤创造安全作业空间的设备,液压支架是其重要组成部分,它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板,隔离采空区,防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用,实现采煤综合机械化,解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾,进一步改善和提高采煤和运输设备的效能,减轻煤矿工人的劳动强度,最大限度保障煤矿工人的生命安全。

2液压支架压力无线监控系统整体方案设计

2.1液压支架控制系统硬件

液压支架是综合机械化采煤装备的关键设备,与滚筒采煤机、刮板输送机、装(转)载机等配套使用,可以实现采煤综合机械化,其综采工作面采煤方式如图2.1

液压支架用来支撑煤层,保护采煤机,并推动溜子使采煤机前进,能够是有效地支撑和控制工作面项板,保证工人操作和机器运转所必须的安全工作空间;随着工作面推进而实现推移工序的机械化,并提供足够的通风断面。在回采工程中,为了防止顶板早落,维持一个不定期的工作空间,保证工人安全和各种作业的正常工作,必须对顶板进行支护。

2.2液压支架立柱压力无线监测系统的总体结构

本研究进过项目组成员的调研和分析,设计出如图2.2的整体监控方案。整个系统中数据采集节点的个数由工作面长度所据顶,多的可达上百个。这里我们主要以俩个数据采集节点,一个中继节点,一个最终数据节点作为模型进行研究。

2.3液压支架压力无线监测系统的组成部分

设计的系统由数据采集节点、中继采集节点、sink节点和液位传感器等组成。所有菽粟采集节点通过无线传输的模式进行上行传输,构成里采煤工作面液压支架压力无线监测系统。

第一,数据采集节点:数据采集节点是监测系统的“心脏”, 它由微处理机、信息传输单元、操作键盘和数据接收装置等组成。数据采集节点有俩方面的功能:一方面是接收传感器中传送来的数据;另一方面是给中继节点发送所采集的数据。第二,中继采集节点:发挥两方面的功能,一是接收多个数据采集节点中传送来的数据;二是给sink节点发送所采集的数据。第三,sink采集节点:两方面的功能:一方面是接收多个中继采集节点中传送来的数据;另一方面是给pc机发送所采集的数据。第四,PC机:处理节点所发送的数据并进行处理,然后通过软件呈现折线图,实时监测液压支架的情况。第五,液位传感器:这里本研究用液位传感器代替油液传感器,其作用是将对立柱液压的测量代替为对水压的测量,并发送至数据采集节点。第六,电源:本研究所有的节点电源都可以用电池供电,其电压为直流12V。

2.4节点控制系统的设计

控制电路板采用的是ATmega_48-88-168微处理器,整个电路板自主设计,通过不断研究和整理,从失败中总结经验最终设计成功,ATmega_48-88-168微处理器与无线收发芯片nrf24L0集成在一个双层PCB上。中继节点和sink节点的设计体系是一样的,而在数据采集节点的设计过程中由于传感器的数据发送端要直接与PCB板衔接。所加了一个稳压管,保障电路板电压稳定。

每个电路板都嵌入无线收发芯片nrf24L0。经过项目组成员筛选最总将无线模块定为nrf24L0。无线监控的PCB仿真如图2.3所示:

图2.3

3. 液压支架压力上位机监控软件设计

3.1上位机的设计

上位机软件主要完成对综采工作面的液压支架的数据采集、监视液压支架的运行状态以及参数设置等任务。上位机软件结构如左:

3.2界面开发和实时监控模块设计

上位机读取来自支架控制器主站数据采集系统检测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息,根据这些实时数据,上位机在屏幕上动态显示现场设备运行情况,一旦发生故障报警信息,系统及时显示报警画面。

3.2.1 上位机画面组成

综采工作面监测界面模块是上位机软件的主画面,主要完成综采工作面各个液压支架的压力数据的采集、错误报警、状态等信息。

3.2.2监控系统报警模块

液压支架监控报警模块:当报警产生时,系统自动产生相应报警信息,提醒操作人员进行相应处理,避免发生事故。

3.3软件编写程序中遇到的问题

程序的编写对于整个项目来说,起到了一个衔接的作用。软件一方面接受硬件传来的信号,另一方面将接收到的信号进行处理。下面就总结了一些我们遇到的问题:第一,在代码的输入过程中,特别要注意代码的书写格式。这主要是由于该程序使用了很多的判断语句,if语句过多的时候,往往很难叫我们找对相应的if……end if,使得错误的查找较为繁琐。第二,代码编写成功以后,需要对其进行调试,调试中需要找到与当初设计有出入的点,并且对其进行修改和完善。

4.结论与展望

4.1结论

本文根据液压支架的特性进行方案的设计,了解对应型号的液压支柱的技术特性参数以及趋势分析,通过在现场对其相应数据的记录,得出客观的变化规律,并将其规律应用到上位机软件中。其次,选择了合适的下位机控制器的芯片并设计了相关的外围系统,并根据对系统的要求设计选择 ATmega_48-88-168为设计的整体方案,对外围硬件进行选型。再者,对液压支架上的监控系统的安全性进行全面的考虑,同时还要考虑系统采集到的数据要有实时性,选择适合煤矿安全的系统供电方案和网络通信方案。并对其进行相应的优化处理。最后,监控软件的设计和实现。该监控软件通过VB实现,原理较为简单。基本能够实现数据的采集、处理、报警等功能。缺点在于还不能够对采集到的数据进行存储,因而不能调取之前的压力数据。

4.2方案展望

通过本次课题的研究,发现还有很多不足之处,在此做一个总结,希望今后这些方面可以得到进一步的发展。例如:首先,在添加新的液位传感器,不能自动添加硬件,需要人工的添加,希望能够实现自动添加硬件;其次,数据不能实现自动存储的功能,若需要调用以往数据则不能实现,希望今后的设计中能够实现数据的自动存储;再者,目前的界面上不能显示出精确的液位高度,若需了解高度只能通过折线图,读出大约的液位高度,所以希望以后的界面能够精确的现实液位高度。由于CAN总线开发的液压支架监控系统功能强大,性价比较高,是一种适合我国煤矿自动化生产的技术。该技术的普及有利于实现煤矿工作效率的提高、生产成本的降低,还可以为煤矿工人提供相应的定位搜索功能的实现。

参考文献:

[1] 梅杨,无线传输技术在煤矿安全监控系统中的应用[J],煤矿机械,2010年04期

[2] 田金鹏,无线传感器网络节点定位技术研究[D],上海大学,2009.

[3]李峥,基于WSN的工作面液压支架监测系统的研究[J],电子技术应用,2010.

注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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