秦海忠,吳志剛

(1.晉城煤業(yè)集團成莊礦,山西晉城 048021;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部,北京 100013)

單體液壓支柱動 (靜)態(tài)檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

秦海忠1,吳志剛2

(1.晉城煤業(yè)集團成莊礦,山西晉城 048021;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部,北京 100013)

Design and Realization of Dynam ic(static)Detection System for Hydraulic Prop

靜態(tài)監(jiān)測不能很好地滿足多次重復(fù)使用的單體液壓支柱的檢測要求。提出一種新型單體液壓支柱動 (靜)態(tài)檢測系統(tǒng),動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)滿足油缸全長度監(jiān)測的要求,靜態(tài)監(jiān)測針對動態(tài)監(jiān)測不確定部分進一步檢測,更好地滿足煤礦單體液壓支柱監(jiān)測的要求。

單體液壓支柱;監(jiān)測系統(tǒng);動態(tài);單片機

單體液壓支柱性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到頂板的支護安全,而影響支柱質(zhì)量的因素主要是密封性能。為保證單體液壓支柱工作面的支護質(zhì)量,首要問題是下井的支柱密封性能要達到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。目前,煤礦上單體液壓支柱檢修單位在檢修好的單體支柱保壓試驗時大部分都采用了專用儀器。從產(chǎn)品型號來分有 DK22A,DK22B,DK22C型單體液壓支柱密封質(zhì)量檢測儀和 KJDT21,KJDT22型高性能單體液壓支柱保壓性能檢測儀。從功能上看,DK系列的檢測儀都是以固定的 15只傳感器為一套儀器,且 15只傳感器必須在同一時刻開始保壓檢測,即等待所有被測支柱均被注完液后,通過計算機鍵盤或?qū)Ｓ面I盤按鍵后,檢測儀才開始檢測,造成第 1棵支柱與最后一棵支柱有較長的時間差,檢測過程中不知道每棵支柱的當(dāng)前壓力。KJDT21型監(jiān)測儀克服了上述的時間差缺陷,能自動識別初壓,在計算機控制下每棵支柱可進行單獨計時檢測,且具有就地動態(tài)壓力顯示和檢測不合格聲光報警功能,是DK系列檢測儀的換代產(chǎn)品。KJDT22型智能控制器內(nèi)部有時鐘,能夠顯示降壓百分比和檢測時間[1]。

上述各種單體液壓支柱檢測系統(tǒng),只能進行靜態(tài)的高、低壓密封質(zhì)量檢測,不能在單體液壓支柱全長斷面動態(tài)檢測,不能很好地滿足煤礦單體液壓支柱檢測的要求。單體液壓支柱動 (靜)態(tài)檢測系統(tǒng),能夠全長斷面進行密封質(zhì)量檢測,對動態(tài)檢測結(jié)果不確定的點,進行靜態(tài)檢測,較好地滿足煤礦檢測的需求。該檢測系統(tǒng),直接檢測單體液壓支柱油缸的壓力,避免鋼弦式傳感器、應(yīng)變式傳感器等測力傳感器對檢測結(jié)果的影響。采用進口壓力傳感器芯體,檢測效果大大增強,能夠快速、準(zhǔn)確、定量地檢測單體液壓支柱密封質(zhì)量。

1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)由動 (靜)態(tài)監(jiān)測儀、油管、恒壓力控制閥、電動泵、完好單體支柱等組成。具體監(jiān)測過程如圖 1所示:電動泵以恒壓力、恒流量的方式給完好的單體液壓支柱加壓,測量被檢測單體液壓支柱壓力,如果被檢測單體液壓支柱壓力下降較多,而完好的單體液壓支柱壓力未下降,說明被測單體液壓支柱此時密封質(zhì)量不好,如果被測單體液壓支柱壓力和完好單體液壓支柱的壓力同時下降,說明被測單體液壓支柱的壓力控制閥打開,屬于完好測試過程。根據(jù)兩個單體液壓支柱的壓力 -時間曲線,可以判斷特定位置的密封質(zhì)量好壞。同時本系統(tǒng)能夠?qū)唧w位置進行靜態(tài)測量 (此時僅需要在動 (靜)態(tài)監(jiān)測儀按一下開關(guān)就行)。

圖1 動態(tài)檢測系統(tǒng)原理

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

單體液壓支柱動 (靜)態(tài)檢測系統(tǒng)由動 (靜)態(tài)監(jiān)測儀、數(shù)據(jù)傳輸電纜、計算機、PCI接口的CAN通信卡等組成,主要特點是系統(tǒng)采用 CAN通信,動 (靜)態(tài)監(jiān)測儀采用進口芯體,具有 CAN通信協(xié)議的智能變送器,計算機通過內(nèi)部的 CAN通信卡和檢測儀進行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)具有高可靠性、高速度、多功能,擴展性強等優(yōu)點。所有檢測儀均通過 1根 4芯電纜串接,與微機構(gòu)成計算機監(jiān)測系統(tǒng),儀器連線十分方便。

CAN總線即控制局域網(wǎng)絡(luò),是公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場總線技術(shù)之一。其優(yōu)點有:高性能、高可靠性、實時性、靈活性及獨特的設(shè)計;CAN總線為多主從方式工作,網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點不分主從,通信方式靈活,有很好的擴展性;當(dāng)通信發(fā)生沖突時, CAN總線采用非破壞總線仲裁技術(shù),媒體訪問機制采用帶有優(yōu)先級的具碰撞檢測之載波感應(yīng)多重存取方式 (CS/CD),優(yōu)先級較低的節(jié)點會主動退出通信,這樣可以大大地提高通信的可靠性,即使是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況;智能節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出功能,以使總線上其他的節(jié)點操作不受影響; CAN總線采用的信息格式為短幀結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級[2]。以上的這些優(yōu)點很適合單體液壓支柱檢測系統(tǒng)的要求。

總線智能傳感器是現(xiàn)代傳感器的一個重要發(fā)展方向,其能夠單獨構(gòu)成一個系統(tǒng),進行智能控制,也可并入其他網(wǎng)絡(luò)組成一個更大的系統(tǒng),滿足復(fù)雜監(jiān)測控制的需要?？偩€智能傳感器很好地滿足了液壓單體支柱的檢測系統(tǒng)運行可靠、安裝靈活方便、精度高、互換性強、方便組網(wǎng)等優(yōu)點。

2.1 PCI接口的CAN通信卡

PCI接口的 CAN通信卡,直接插入計算機的PCI插槽內(nèi),保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。主要技術(shù)指標(biāo)為支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議,與ISO11898兼容;波特率可編程,最高 1Mbps;即插即用,資源自動分配;CAN通信接口隔離電壓為 1000V;CAN總線接口為DB9針式插座,符合C IA標(biāo)準(zhǔn);外形尺寸 130mm×85mm;工作溫度 0～70℃;電源功耗DC5V@200mA。

2.2 動 (靜)態(tài)監(jiān)測儀

動 (靜)態(tài)監(jiān)測儀,采用進口壓力芯體,具有耐沖擊、耐腐蝕、精度高、可靠性強等優(yōu)點。既能進行動態(tài)檢測,又能進行靜態(tài)檢測。動態(tài)監(jiān)測時,進行高速 A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸;靜態(tài)檢測監(jiān)測時,3位數(shù)碼管顯示,自動報警功能。

技術(shù)指標(biāo):內(nèi)置CAN協(xié)議,支持CAN2.0A和CAN2.0B協(xié)議;高性能 16位單片機;∑-△自校正A/D轉(zhuǎn)換芯片;CAN通信接口隔離電壓為1000V;測量精度 ±0.05MPa;分辨率 0.05 MPa。

2.3 系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件主要對各個傳感器的數(shù)據(jù)采集、存儲、分析。具有自診斷功能,能夠判斷何處的傳感器通訊不成功。主要功能模塊包括:用戶權(quán)限管理子系統(tǒng);動態(tài)檢測子系統(tǒng);靜態(tài)檢測子系統(tǒng);歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng);工作參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng)。

(1)用戶權(quán)限管理子系統(tǒng) 用戶權(quán)限管理子系統(tǒng)用于設(shè)定不同用戶的操作權(quán)限和登錄密碼。

(2)動態(tài)檢測子系統(tǒng) 動態(tài)檢測子系統(tǒng)用于接收動 (靜)態(tài)監(jiān)測儀的實時數(shù)據(jù),顯示全部監(jiān)測儀實時數(shù)據(jù)和曲線,并將實時數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。同時根據(jù)動態(tài)檢測原理進行壓力比較、判斷,對不合格的單體液壓支柱報警顯示。

(3)靜態(tài)檢測子系統(tǒng) 根據(jù)動態(tài)監(jiān)測結(jié)果,對不確定的斷面,根據(jù)《礦用單體液壓支柱》密封質(zhì)量監(jiān)測的要求,進行密封質(zhì)量檢測,進一步確定單體液壓支柱的可靠性。

(4)歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng) 歷史數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定的條件,如時間點和設(shè)備點等,顯示某個單體液壓支柱檢測數(shù)據(jù)以曲線或列表的方式顯示并打印,并可生成各種形式的報表。

(5)工作參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng) 工作參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng),只允系統(tǒng)管理員進行操作。主要功能:根據(jù)實際設(shè)定動態(tài)或靜態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)實際需要,設(shè)定系統(tǒng)巡檢周期。

3 結(jié)束語

單體液壓支柱動 (靜)態(tài)檢測系統(tǒng),能夠?qū)误w液壓支柱全長度進行動態(tài)監(jiān)測,靜態(tài)檢測既可以進一步校驗動態(tài)檢測的合理性,又可以單獨作為單體液壓支柱密封質(zhì)量檢測系統(tǒng)使用,通過計算機輸入檢測儀的常數(shù)和一些參數(shù),初始化檢測儀,總線智能檢測儀能夠檢測壓力、計算、判斷、顯示等,即使斷電再上電后,也不需要再初始化,直接進入正常檢測,可獨立工作。如在設(shè)定的時間內(nèi)降壓百分比超過設(shè)定值,則發(fā)出聲光報警信號。單體液壓支柱動 (靜)態(tài)檢測系統(tǒng)能夠較好地滿足煤礦單體液壓支柱檢測的要求。

[1]李玉華,鄭淑麗,等 .付村煤礦單體支柱密封保壓檢測儀的設(shè)計及應(yīng)用 [J].山東科技大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版),2003 (2):69-71.

[2]劉浚峰,魏學(xué)業(yè).一種基于CAN總線的鐵路信號燈自動安全監(jiān)測系統(tǒng)研究 [J].北方交通大學(xué)學(xué)報,2003(6):44-47.

[責(zé)任編輯:王興庫]

TD355.3

B

1006-6225(2010)05-0076-02

2010-06-08

秦海忠 (1970-),男,山西高平人,工程碩士,工程師,主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)與管理。