摘要:介紹了采煤液壓支架控制系統(tǒng)的工作原理和實現(xiàn)的功能，提出了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計方案，實現(xiàn)了支架的聯(lián)網(wǎng)控制。

關(guān)鍵詞:單片機 液壓支架 控制系統(tǒng)

中圖分類號:TD355+.4文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1673-8209(2009)10-0084-02

1 前言

采煤液壓支架電流控制系統(tǒng)是目前液壓支架最先進的控制方式，是集機械、電子、液壓、計算機和通信技術(shù)于一體，技術(shù)含量高、難度大，應(yīng)用于煤礦井下生產(chǎn)的一項高技術(shù)產(chǎn)品。它按照采煤工藝對采煤工作面液壓支架進行監(jiān)測和控制，使液壓支架與其它采煤設(shè)備(采煤機和刮板運輸機)協(xié)調(diào)工作，充分發(fā)揮現(xiàn)代化采煤機械的生產(chǎn)效率。

2 系統(tǒng)工作原理和功能

采煤支架控制系統(tǒng)以低功耗、功能強大的、具有嵌入式操作系統(tǒng)的uC/OS-II的Rabbit3000單片機為核心模塊，由電源模塊、通訊模塊、驅(qū)動模塊和數(shù)據(jù)采集模塊等組成，通訊模塊具有4路獨立的通訊電路，可以實現(xiàn)與人機界面，左右鄰架控制和工作面監(jiān)控主機進行數(shù)據(jù)通信;驅(qū)動模塊采用大功率驅(qū)動芯片進行驅(qū)動電路設(shè)計，具有在線檢測、過載保護等功能;數(shù)據(jù)存儲模塊具有512K的FLASH和512K的SRAM，可供系統(tǒng)存放程序和操作系統(tǒng)運行及其運行數(shù)據(jù)使用，同時，系統(tǒng)配置了FRAM，以備修改數(shù)據(jù)掉電保護，同時也可以存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)。選用CAN總線控制芯片進行CAN通信電路設(shè)計，保證使用4線電纜，就能有兩個完全獨立的通信回路，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。選用高精度A/D芯片進行電源能耗測量和電磁鐵工作狀態(tài)分析，增架系統(tǒng)新功能。選用新型材料新型器件OLED進行漢字顯示電路設(shè)計，降低了系統(tǒng)顯示電路的功耗。下圖分別是總體結(jié)構(gòu)框圖。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可以看出該系統(tǒng)具有以下特點:

(1)系統(tǒng)的響應(yīng)速度快。子控制系統(tǒng)都掛接在通信總線上。子控和子控間除了通過總線外，也還直接通過BIDI(單纖雙向)相連，提高了子系統(tǒng)間相互控制的響應(yīng)速度。

(2)系統(tǒng)的可靠性高。在主從通信結(jié)構(gòu)中，主控機出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，不能正常工作。解決此問題一般是再增加一臺主控機，當(dāng)一臺出現(xiàn)故障時，用另一臺替換。在CAN總線系統(tǒng)中，不論是主控機還是子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都不會影響整個系統(tǒng)的正常工作，僅僅影響出故障主控或子系統(tǒng)。但在CAN通信總線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)具有良好的可靠性。

(3)系統(tǒng)的可維護性好。將需要維護的控制系統(tǒng)電源切斷后，就可以進行維修工作，不影響系統(tǒng)的正常工作，給系統(tǒng)的維護帶來了方便。

3 硬件設(shè)計

根據(jù)采煤支架在綜采工作面中的實際情況及支架之間相互控制要求，采用CAN總線結(jié)構(gòu)設(shè)計了多節(jié)點互控型的采煤支架計算機分布式控制系統(tǒng)，綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)原理見圖1，每架采煤支架由一臺子控機進行檢測和控制，構(gòu)成一個電液控制子系統(tǒng)，主控機和所有子控機(支架控制器)的串行通信接口均掛接在單根通信總線CAN上，構(gòu)成采煤機采煤支架計算機分布式控制系統(tǒng)。

每個子控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖2。完成功能如下:

(1)通過操作子控制系統(tǒng)鍵盤完成對本架采煤支架的控制，實現(xiàn)本架的自動升架、降架、移架、定量推進。

(2)子控制系統(tǒng)可以對其它子控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，實現(xiàn)對左或右相鄰任一臺采煤支架的控制。

(3)以本架子控制系統(tǒng)為主導(dǎo)，該子控制系統(tǒng)向其它子控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，完成對左或右相鄰5架采煤支加架同時執(zhí)行同一個動作的成組控制。

(4)通過操作子控制系統(tǒng)鍵盤，該子控制系統(tǒng)向其它子控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，使相對于發(fā)信號的子控制系統(tǒng)位置不變的一組采煤支架完成要求執(zhí)行的動作。

(5)可以顯示支架的主要參數(shù)和動作等信息。

(6)發(fā)生故障或意外時，具有自動故障報警功能，或可以按下緊急停止按鈕停止整個系統(tǒng)的工作。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在任意一個支架控制器上鍵入命令時，單片機產(chǎn)生中斷請求信號，進入鍵盤命令識別。命令有三種格式:①受命單元編碼地址;②單元編組方式;③被控單元的動作指令。各支架控制器對命令地址進行識別，確認(rèn)受控單元后，該單無接收動作控制命令，單片機通過數(shù)據(jù)總線向電磁鐵驅(qū)動電路發(fā)送動作命令，打開和關(guān)閉對應(yīng)的電磁閥，從而控制支架的動作。該單元在全部動作命令執(zhí)行結(jié)束后復(fù)位。

系統(tǒng)控制軟件包含6個功能模塊:系統(tǒng)監(jiān)控模塊;鍵盤中斷及其命令處理模塊;命令發(fā)送模塊;命令接收模塊;接收命令后處理模塊;程序控制執(zhí)行模塊。

5 總結(jié)

目前，采煤液壓支架控制系統(tǒng)已完成系統(tǒng)原理設(shè)計，軟件、硬件設(shè)計，并與液壓支架進行聯(lián)機實驗，效果良好，達到設(shè)計功能和目的?，F(xiàn)在已開始在林州重機有限公司進行生產(chǎn)，并投入采煤生產(chǎn)。

參考文獻

[1] rabbit3000 datasheet

[2] 何立民，著《MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》，北京航空航天大學(xué)，1990年.

[3] 陳威，張偉等，綜采工作面液壓支架計算機分布式電液控制系統(tǒng)設(shè)計[J]，微計算機信息，2005[2].

[4] 德國macro公司資料.