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        基于霍爾元件的液壓支架測距系統(tǒng)

        2019-03-11 11:27:50尹冬冬
        山東煤炭科技 2019年2期
        關(guān)鍵詞:下位霍爾上位

        尹冬冬

        (晉煤集團(tuán)晉城金力電氣有限責(zé)任公司,山西 晉城 048000)

        隨著晉煤集團(tuán)煤機板塊的快速發(fā)展,晉煤集團(tuán)晉城金力電氣有限責(zé)任公司的裝備制造向著更可靠更智能化方向不斷進(jìn)步。支架公司生產(chǎn)的液壓支架已經(jīng)能夠很好地滿足井下各種工況,但是在集成化和智能化方面還有很大發(fā)展空間。

        此設(shè)計是針對液壓支架的集成測控方面進(jìn)行改進(jìn),以便更好地適應(yīng)工作面無人化和少人化發(fā)展。

        1 設(shè)計背景

        激光測距技術(shù)是目前測距系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù),由于是通過發(fā)射激光束至目標(biāo)物體,利用反射光束精確計算距離,因此在不加反射靶的情況下,也可達(dá)到很遠(yuǎn)的檢測距離,而且對目標(biāo)物體的尺寸面積比超聲波要求的面積小很多,使得對遠(yuǎn)距離的小尺寸物體位置檢測成為可能[1]。但由于成本較高,而且極易受到井下工作面惡劣環(huán)境的干擾,所以不適合在工作面使用。

        霍爾元件在控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位,具有分辨能力強、高精度和檢測速度快的特點。本設(shè)計所用的脈沖發(fā)生器成本低、構(gòu)造簡單、性能好。電氣控制系統(tǒng)中存在著較為惡劣的電磁環(huán)境,因此霍爾元件大多要求具有較強的抗干擾能力[2]。

        2 設(shè)計簡介

        本文以STC89C52單片機為核心,設(shè)計了基于開關(guān)霍爾的液壓支架伸縮量測量系統(tǒng),主要研究工作包括以下3個方面。

        (1)硬件電路方面,用霍爾開關(guān)完成信號采樣電路的設(shè)計,采樣到的電信號并行輸入移位寄存器CD4021,再通過串行方式輸出到單片機,由單片機接收并計算,通過通信模塊傳至上位機集控系統(tǒng),集控系統(tǒng)對各液壓支架的伸縮量進(jìn)行分析和顯示。

        (2)軟件方面,下位機單片機控制移位寄存器串行輸出實時信號,并由單片機檢測電信號和計算。通信模塊通過485通信把各個液壓支架的伸縮量信息發(fā)送至上位機。上位機把各個液壓支架的情況通過組態(tài)軟件實時顯示。

        (3)上位機與下位機聯(lián)機系統(tǒng)調(diào)試。

        3 系統(tǒng)設(shè)計

        3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

        液壓支架上安裝兩個同心套筒,外層是堅固的金屬筒,金屬筒底端是磁環(huán),內(nèi)層是霍爾傳感器做成的量尺?;趩纹瑱C用霍爾開關(guān)實現(xiàn)液壓支架伸縮量的檢測,通過霍爾開關(guān)模塊檢測磁環(huán)位移信號。當(dāng)液壓支架伸長時,外層套筒隨著支架向上移動,套筒底端的磁環(huán)相對內(nèi)部的量尺發(fā)生位移,移位寄存?zhèn)鬏斈K把采集到的位移信號串行傳送到單片機進(jìn)行處理,計算出液壓支架的實時長度。下位機單片機通過通信模塊把伸縮量信號傳送給上位機,上位機通過組態(tài)軟件顯示。見圖1。

        圖1 系統(tǒng)總框圖

        3.2 下位機整體電路圖

        伸縮量信號的采集模塊由霍爾開關(guān)和移位寄存器組成。

        44E型霍爾開關(guān)屬于有源磁電轉(zhuǎn)換器件,它是在霍爾效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,利用集成封裝和組裝工藝制作而成,它把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成電信號,當(dāng)磁環(huán)靠近某一霍爾開關(guān)時其輸出低電平,無磁體靠近時則為高電平。通過CD4021的并行輸入存儲起來等待單片機的檢測[3]。

        CD4021傳輸霍爾開關(guān)量的流程:先使CD4021轉(zhuǎn)換到并行模式,再轉(zhuǎn)換到串行模式,單片機讀取Q7的信號,然后輸出一個脈沖給CD4021,單片機再讀取一個開關(guān)信號,如此循環(huán)到結(jié)束,輸出電平為低電平時的計數(shù)值,然后重復(fù)前面的步驟[4]。

        霍爾開關(guān)模塊電路的輸出端接至移位寄存器的并行輸入端,再加上單片機最小系統(tǒng)電路、單片機與移位寄存器的連接,即可作出下位機的整體電路圖,如圖2所示。

        3.3 下位機程序流程

        本系統(tǒng)下位機采用C語言進(jìn)行軟件設(shè)計,實現(xiàn)了系統(tǒng)各項功能。

        先使CD4021轉(zhuǎn)換到并行模式,再轉(zhuǎn)換到串行模式,單片機讀取Q7的信號,然后輸出一個脈沖給CD4021,單片機再讀取一個開關(guān)信號,如此循環(huán)到結(jié)束,輸出電平為低電平的計數(shù)值,然后重復(fù)前面的步驟。

        讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲器單元中,經(jīng)過單片機運算,將計數(shù)值轉(zhuǎn)化為伸縮量。

        3.4 上位機調(diào)試與應(yīng)用實例

        液壓支架的伸縮量被實時測量計算,上位機通過組態(tài)軟件能夠?qū)崟r顯示每一個支架的伸縮量,能夠反映井下工作面的實際情況。本系統(tǒng)現(xiàn)已在山西長治大峪煤業(yè)得到應(yīng)用,調(diào)度中心能夠?qū)崟r監(jiān)控工作面的液壓支架的工作狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)問題,保證采煤工作面的工作安全高效地進(jìn)行。整體系統(tǒng)圖如圖3,應(yīng)用實例圖如圖4。

        圖2 整體電路圖

        圖3 整體系統(tǒng)圖

        圖4 應(yīng)用實例圖

        4 結(jié)論

        通過使用基于霍爾元件的液壓支架伸縮量監(jiān)測系統(tǒng),能夠?qū)崟r監(jiān)測液壓支架的工作情況,有效地提高了地面調(diào)度部門對井下工作面的監(jiān)控能力,減少了井下生產(chǎn)事故,提高了煤礦自動化水平[5]。

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