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        基于霍爾元件的液壓支架測(cè)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(jī)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(jì)是針對(duì)液壓支架的集成測(cè)控方面進(jìn)行改進(jìn),以便更好地適應(yīng)工作面無(wú)人化和少人化發(fā)展。

        1 設(shè)計(jì)背景

        激光測(cè)距技術(shù)是目前測(cè)距系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù),由于是通過(guò)發(fā)射激光束至目標(biāo)物體,利用反射光束精確計(jì)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(cè)距離,而且對(duì)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(duì)遠(yuǎn)距離的小尺寸物體位置檢測(cè)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(qiáng)、高精度和檢測(cè)速度快的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)所用的脈沖發(fā)生器成本低、構(gòu)造簡(jiǎn)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(qiáng)的抗干擾能力[2]。

        2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

        本文以STC89C52單片機(jī)為核心,設(shè)計(jì)了基于開(kāi)關(guān)霍爾的液壓支架伸縮量測(cè)量系統(tǒng),主要研究工作包括以下3個(gè)方面。

        (1)硬件電路方面,用霍爾開(kāi)關(guān)完成信號(hào)采樣電路的設(shè)計(jì),采樣到的電信號(hào)并行輸入移位寄存器CD4021,再通過(guò)串行方式輸出到單片機(jī),由單片機(jī)接收并計(jì)算,通過(guò)通信模塊傳至上位機(jī)集控系統(tǒng),集控系統(tǒng)對(duì)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(jī)單片機(jī)控制移位寄存器串行輸出實(shí)時(shí)信號(hào),并由單片機(jī)檢測(cè)電信號(hào)和計(jì)算。通信模塊通過(guò)485通信把各個(gè)液壓支架的伸縮量信息發(fā)送至上位機(jī)。上位機(jī)把各個(gè)液壓支架的情況通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)時(shí)顯示。

        (3)上位機(jī)與下位機(jī)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試。

        3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

        液壓支架上安裝兩個(gè)同心套筒,外層是堅(jiān)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。基于單片機(jī)用霍爾開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)液壓支架伸縮量的檢測(cè),通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)模塊檢測(cè)磁環(huán)位移信號(hào)。當(dāng)液壓支架伸長(zhǎng)時(shí),外層套筒隨著支架向上移動(dòng),套筒底端的磁環(huán)相對(duì)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(hào)串行傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理,計(jì)算出液壓支架的實(shí)時(shí)長(zhǎng)度。下位機(jī)單片機(jī)通過(guò)通信模塊把伸縮量信號(hào)傳送給上位機(jī),上位機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件顯示。見(jiàn)圖1。

        圖1 系統(tǒng)總框圖

        3.2 下位機(jī)整體電路圖

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

        44E型霍爾開(kāi)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),當(dāng)磁環(huán)靠近某一霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)其輸出低電平,無(wú)磁體靠近時(shí)則為高電平。通過(guò)CD4021的并行輸入存儲(chǔ)起來(lái)等待單片機(jī)的檢測(cè)[3]。

        CD4021傳輸霍爾開(kāi)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(jī)讀取Q7的信號(hào),然后輸出一個(gè)脈沖給CD4021,單片機(jī)再讀取一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào),如此循環(huán)到結(jié)束,輸出電平為低電平時(shí)的計(jì)數(shù)值,然后重復(fù)前面的步驟[4]。

        霍爾開(kāi)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(jī)最小系統(tǒng)電路、單片機(jī)與移位寄存器的連接,即可作出下位機(jī)的整體電路圖,如圖2所示。

        3.3 下位機(jī)程序流程

        本系統(tǒng)下位機(jī)采用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各項(xiàng)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(jī)讀取Q7的信號(hào),然后輸出一個(gè)脈沖給CD4021,單片機(jī)再讀取一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào),如此循環(huán)到結(jié)束,輸出電平為低電平的計(jì)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(chǔ)器單元中,經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)算,將計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化為伸縮量。

        3.4 上位機(jī)調(diào)試與應(yīng)用實(shí)例

        液壓支架的伸縮量被實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算,上位機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件能夠?qū)崟r(shí)顯示每一個(gè)支架的伸縮量,能夠反映井下工作面的實(shí)際情況。本系統(tǒng)現(xiàn)已在山西長(zhǎng)治大峪煤業(yè)得到應(yīng)用,調(diào)度中心能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控工作面的液壓支架的工作狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(shí)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(shí)例圖

        4 結(jié)論

        通過(guò)使用基于霍爾元件的液壓支架伸縮量監(jiān)測(cè)系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)液壓支架的工作情況,有效地提高了地面調(diào)度部門(mén)對(duì)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(dòng)化水平[5]。

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