CN103292840B - 一种煤矿用液压支护装备的自动测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿用液压支护装备的自动测量系统，包括可重组测量传感器组、总线网络、可重构式煤矿用液压支护系统测量平台、传感器控制节点。本发明提供的煤矿用液压支护装备的自动测量系统基于现场总线技术，同步对多组测量传感器组对应的测量目标群进行实时测量、评估和数据管理；可以根据测量任务的变化动态调整；本发明基于现场总线模式的系统构成模式、数据交换协议、测控信息交换协议，提高了测量自动化水平和效率。此外，本发明自动化水平高，功能完善，有着很好的应用价值。

Description

一种煤矿用液压支护装备的自动测量系统

技术领域

本发明属于煤矿用液压支护技术领域，尤其涉及一种煤矿用液压支护装备的自动测量系统的构建问题。

背景技术

煤炭作为主要能源，对我国经济的快速发展起着至关重要的作用。随着煤矿机械化程度的不断提高，综合机械化采煤工作面(简称综采工作面)占采煤工作面的比例不断增加。液压支护系统是目前综采工作面中最重要的支护设备，其工作性能和技术水平直接影响到工作面的人机安全和生产效率。

液压支护设备维修设施如维修厂或维修车间，一般归属煤矿机械维修总厂或综采机械设备维修厂。矿区均设置机电维修厂，并在厂内设有液压支架维修车间。一般中型矿区液压支架年大修量达到600架或单体液压支柱年大修量达到6000根时，液压支架及支柱的维修车间担负液压支架和单体液压支柱的大修和一般性检修任务。

液压支护设备的生产厂家的质量检验部门，需要对组装后的产品依据中华人民共和国煤炭行业标准进行综合评估，检验部门工作效率和质量控制水平直接影响着产品的产量和市场信誉。

煤矿井下生产过程中运行的液压支护设备需要同步实时监测，已确保生产的安全和高效。

目前，现有的煤矿用液压设备检测、检验人工劳动强度大，在打压、仪表观察、记录登记、数据保存以及质量判断方面不仅需要参与的工人数量多，而且检验结果与工人的经验有直接关系，为提高煤炭安全生产过程中设备维修环节的维修效率、维修合格率，并降低工人的劳动强度，本发明综合利用计算机技术、通讯技术，开发了经济适用的全自动煤矿用液压设备测试系统，快速、准确地完成维修后设备的性能综合评价，并有效管理数据，对煤矿安全生产意义重大。

现有的主要技术方案：

1.液压支柱双参量实时同步检测系统的设计与实现：

针对液压支柱产品生产中产品性能实时同步的检测要求，并能从产品的完整检验过程对产品进行在线综合评估分析，从而实现生产检测的自动化，提出了一种以位移和压力实时同步检测的液压支柱在线评估新方法，研究了实现位移、压力、时间等同步耦合的系统实现模型，并根据检测需求研究了所提出方法的工作原理及其软、硬件实现技术，通过采用组件化设计方法解决了各组成模块在线、并行运行有关问题。

2.单体液压支柱动(静)态检测系统设计与实现：

静态监测不能很好地满足多次重复使用的单体液压支柱的检测要求。研制一种单体液压支柱动(静)态检测系统，动态监测系统满足油缸全长度监测的要求，静态监测针对动态监测不确定部分进一步检测，更好地满足煤矿单体液压支柱监测的要求。

3.基于VB的单体液压支柱智能检测系统：

用VB编制的单体液压支柱的密封质量检测及数据管理，实现了在线设置液压支柱的各种工作方式，可以根据煤矿需要设置支架数量和缸径；能够实现自动和手动检测，自动保存各种参数设置，能对所有的试验数据进行数据管理和维护。实际试验表明，该软件提高了单体液压支柱密封质量检测的工作效率和自动化水平。

4.液压支柱动态检测系统CN201885858[专]：

实用新型公开了一种液压支柱动态检测系统，它是在一个平置试验架的两边分别放置完好合格液压支柱和被检测液压支柱；所述的液压系统是在乳化液泵上设有两条供液管路，一条为完好合格的液压支柱供液，一条为被测液压支柱供液，两条供液管路上分别连接有阀门、压力传感器和压力显示器；其中在为完好合格的液压支柱供液管上设有三通阀，三通阀上再通过供液管连接一个恒压阀，恒压阀再与乳化液泵接通；两个压力显示器的信号线与计算机数据输入口连接。本实用新型通过动态检测，可使液压支柱的整个密封移动面都能检测到，从而避免了不合格的液压支柱用到采煤面上，防止顶板事故的发生。

5.液压支架立柱密封件性能测试系统研究：

针对目前液压支架生产企业对于购进的密封件没有入厂检验手段的现状，该文设计了一种煤矿用液压支架液压缸密封性能检测试验台，为液压支架生产企业选购密封件提供数据支持。

6.单体液压支柱密封质量检测系统：

介绍了一种新型单体液压支柱密封质量检测系统，该系统由压力传感器、检测仪、信号转换箱、信号传输线、上位机、打印机和检测软件等组成。采用压力传感器检测被试支柱的压力，基于PIC单片机的检测仪实现了多根支柱动态巡检，运用VB编写的上位机软件用于参数设置、数据通讯及系统管理。

7.单体液压支柱密封质量检测系统CN201203500[专]：

实用新型公开了一种单体液压支柱密封质量检测系统，包含有压力盒、压力传感器、检测仪、信号转换箱和计算机，压力盒与压力传感器、检测仪和信号转换箱通过电缆连接，计算机与信号转换箱通过串口连接。本实用新型可同时对1-128个支柱的密封质量进行检测，全微机管理，操作简单，维护方便。

8.单体液压密封支柱密封性能检测仪器的设计：

单体液压支柱密封质量检测系统主要应用于全国各煤矿，能全部完成国家煤矿安全监察局发布的煤矿安全规程中规定的对单体支柱压力试验的任务，设计采用了先进的信息数据采集板和工控计算机构成的检测系统，整个装置的可靠性、数据采集与分析的准确性均达到了国内先进水平。

9.基于组态软件的液压支架试验台测试系统设计/王志(大同煤矿集团有限公司中央机厂)//科技信息.2011(17).-126

利用力控6.1组态软件，按照MT312-2000液压支架通用技术条件标准，设计组态画面，定义IO设备组态，通过模拟量输入板卡，采集压力、温度、高度、行程开关等信号；通过数字量输出板卡，控制相应的电磁闽、油泵等设备的动作；开发脚本，实现密封试验、强度试验、寿命试验的自动加载。

10.液压支架压力检测系统的研究：

针对液压支架的压力特性和工作环境并提出对压力检测系统的要求。选择了压阻式压力传感器，设计了恒流源供电电路和信号放大电路。对压力变送器做了结构设计，对压力传输系统做了仿真分析。对本安电路进行了分析判定，对压力检测系统做了静态分析，并用MATLAB对动态特性进行了仿真。

11.液压支架压力检测系统现状分析及解决方案：

分析了我国使用的采煤工作面液压支架压力检测系统-神华集团神东上湾矿引进的压力检测系统和山东尤洛卡公司生产的压力检测系统的使用情况和存在的问题，指出现场总线的应用是我国液压支架压力检测系统发展的必然选择，并基于现场总线对液压支架压力检测平台进行了总体设计。

现有技术存在的缺点：1、独立仪器化，主要为专用型测量模式；2、测量目标有限：一套测量系统一次只能完成对一个对象的测量或同时对多个测量对象无法同步进行实时测量；3、有总线式监测系统，模式固定，仪器单一主要用于监测；本发明重点用于产品或设备的性能检验或实验；4、测量仪器设计方法上无法动态更新，适应新问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种煤矿用液压支护装备的自动测量系统，旨在解决现有技术存在的独立仪器化、测量目标有限、有总线式监测系统，模式固定，、测量仪器设计方法上无法动态更的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种煤矿用液压支护的自动测量系统，所述煤矿用液压支柱的自动测量系统包括：

可重组测量传感器组，与煤矿用液压支护设备装配在一起完成液压缸或立柱压力、位移以及马达转速单一参量或乘组参量的综合测量，用于在测量过程中，根据对设备某一特性如密封性能、保压性能、让压性能进行检测检验的需要来配置相应的传感器的数量和种类；

总线网络，与所述可重组测量传感器组连接，用于实现多个相同或不同种类的煤矿用液压支护设备同步测量；

可重构式煤矿用液压支护系统测量平台，通过信号转换器与所述总线网络连接，用于根据测量目标的种类、功能从仪器库中直接选择满足要求的仪器模块；

传感器控制节点，连接所述总线网络和可重组测量传感器组，用于实现检测过程中数据和信息的交换，并把传感器组工作状态信息传递给测量平台上相应的仪器。

进一步、所述可重构式煤矿用液压支护系统测量平台还包括：仪器部分、数据管理与输出和仪器工作平台，与所述可重构式煤矿用液压支护系统测量平台连接。

进一步、所述仪器部分包括：

仪器库，用于完成测量，测量数据的处理、显示、保存和试验结果的报表打印；

仪器模块库，用于通过仪器工作平台完成特定仪器的动态设计。

进一步、所述仪器模块库还包括：

仪器图形库，用于完成图形的设计处理；

数据处理算法库，用于完成数据计算的设计处理；

报表模块库，用于完成报表的实际处理。

进一步、所述数据管理与输出还包括：

测量数据的数据库，与仪器库连接，用于测量数据的存储；

测量结果报表库，与仪器库和仪器模块库连接，用于对测量结果做报表的输出处理。

进一步、所述传感器组控制节点还包括：

通讯模块，用于总线接口与传感器组之间的通讯；

传感器监测模块，用于监视传感器的工作状态并及时传送给测量平台，并在相应的仪器模块中显示出来；

数据预处理模块，用于对从传感器上获取的数据进行预处理，并提取特征参数通过通讯协议打包发送给测量平台中对应的在线仪器。

本发明提供的煤矿用液压支护装备的自动测量系统基于现场总线技术，同步对多组测量传感器组对应的测量目标群进行实时测量、评估和数据管理；可以根据测量任务的变化动态调整；本发明基于现场总线模式的系统构成模式、数据交换协议、测控信息交换协议，提高了测量自动化水平和效率。此外，本发明自动化水平高，功能完善，有着很好的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的煤矿用液压支护装备的自动测量系统的结构框图；

图2是是本发明实施例提供的可重构式煤矿用液压支护系统测量平台的结构框图；

图3是本发明实施例提供的仪器部分的结构框图；

图4是本发明实施例提供的单测量目标的测量单元组成的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的煤矿用液压支护装备的自动测量系统结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

本发明的煤矿用液压支护装备的自动测量系统，包括：

可重组测量传感器组，与煤矿用液压支护设备装配在一起完成液压缸或立柱等工作单元的压力、位移以及马达转速单一参量或乘组参量的综合测量，用于在测量过程中，根据对设备某一特性如密封性能、保压性能、让压性能进行检测检验的需要来配置相应的传感器的数量和种类；

总线网络，与可重组测量传感器组连接，用于实现多个相同或不同种类的煤矿用液压支护设备同步测量；

可重构式煤矿用液压支护系统测量平台，通过信号转换器与总线网络连接，用于根据测量目标的种类、功能从仪器库中直接选择满足要求的仪器模块；

传感器控制节点，连接总线网络和可重组测量传感器组，用于实现检测过程中数据和信息的交换，并把传感器工作状态信息传递给测量平台上相应的仪器。

作为本发明实施例的一优化方案，可重构式煤矿用液压支护系统测量平台还包括：仪器部分、数据管理与输出和仪器工作平台，与可重构式煤矿用液压支护系统测量平台连接。

作为本发明实施例的一优化方案，仪器部分包括：

仪器库，用于完成测量，测量数据处理、显示、保存和试验结果的报表打印；

仪器模块库，用于通过仪器工作平台完成特定仪器的动态设计。

作为本发明实施例的一优化方案，仪器模块库还包括：

仪器图形库，用于完成图形的设计处理；

数据处理算法库，用于完成数据计算的设计处理；

报表模块库，用于完成报表的实际处理。

作为本发明实施例的一优化方案，数据管理与输出还包括：

测量数据的数据库，与仪器库连接，用于测量数据的存储；

测量结果报表库，与仪器库和仪器模块库连接，用于对测量结果做报表的输出处理。

作为本发明实施例的一优化方案，传感器组控制节点还包括：

通讯模块，用于总线接口与传感器组之间的通讯；

传感器监测模块，用于监视传感器的工作状态并及时传送给测量平台，并在相应的仪器模块中完成处理并显示出来；

数据预处理模块，用于对从传感器上获取的数据进行预处理，并提取特征参数通过通讯协议打包发送给测量平台中对应的在线仪器。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的煤矿用液压支护装备的自动测量系统主要由可重构式煤矿用液压支护系统测量平台1、总线网络2和可重组测量传感器组3。

可重组测量传感器组3与煤矿用液压支护设备装配在一起完成液压缸或立柱等工作单元压力、位移以及马达转速等单一参量或乘组参量的综合测量，测量过程中，可根据对设备某一特性如密封性能、保压性能、让压性能等进行检测检验的需要来配置相应的传感器的数量和种类。

总线网络2实现多个相同或不同种类的煤矿用液压支护设备同步测量。传感器控制节点21对传感器数据的采集和预处理把检测的数据按照预定的协议进行打包，并发送给自动化测量平台，并通过对应的仪器模块进行显示。

传感器控制节点21可实现对检测过程的操作，并把操作信息传递给测量平台上相应的仪器。传感器组控制节点21包括：传感器监测模块、数据预处理模块和通讯模块，监测模块用于监视传感器的工作状态并及时传送给测量平台，并在相应的仪器模块中显示出来，数据预处理模块对从传感器上获取的数据进行预处理，并提取特征参数通过通讯协议打包发送给测量平台中对应的在线仪器。

可重构式煤矿用液压支护系统测量平台1可根据测量目标的种类、功能等从仪器库中直接选择满足要求的仪器模块，如果没有满足要求的仪器，可直接从仪器模块库中112选择模块保证完成新的测量任务，然后平台通过信号转换器4实现仪器与各传感器组对应的组控制节点建立连接，任意一个仪器可以对测量后的检验或评价结果进行数据保存和打印输出。

图2为可重构式煤矿用液压支护系统测量平台的仪器部分，仪器系统的构建方式是本发明保护的主要内容。本发明结合中华人名共和国煤炭行业标准，针对不同设备的性能要求及其检验项目，构建成组式仪器库，可实现批量测量任务的实时试验。仪器库11，用于完成工作仪器的选择、目标的测量、测量数据的保存和试验结果的报表打印；仪器模块库112，用于通过仪器工作平台完成特定仪器的动态设计；仪器图形库1121，用于完成图形的设计处理；数据处理算法库1122，用于完成数据计算的设计处理；报表模块库1123，用于完成报表的实际处理。数据管理与输出12还包括：测量数据的数据库121，与仪器库连接，用于测量数据的存储；测量结果报表库122，与仪器库和仪器模块库连接，用于对测量结果做报表的输出处理，仪器工作平台13，为系统的运行提供一个通道和保障，仪器库如图3所示，为以构建完成的各类仪器，各仪器可完成测量数据的保存和试验结果的报表打印。

仪器模块库112中包括仪器图形库1121、数据处理算法模块库1122、报表模块库1123，可通过仪器工作平台完成特定仪器的动态设计。

仪器工作平台13支持当前在线运行的仪器组所对应系列测量任务，同时支持在线重构新的仪器以解决当前的测量任务。

图3为本发明的仪器部分组成体系关系图和工作原理图。图3右侧仪器数据交换机制部分为仪器库111中仪器模块工作的“底盘”，当批量测量任务所对应的仪器从仪器库111中选定后，仪器按照对应的脚本文件自动生成。同时测量平台上的仪器数据交换机制可根据液压支护系统中新任务的要求，从专用仪器模块库112中在线选取模块，搭拼新的仪器单元。从仪器数据交换机制可以看出，仪器模块通过开关矩阵连接在数据总线上，仪器模块与总线的连接线中开关矩阵的的对应开关如果打开便可与总线交换数据，同时通过数据总线完成与其他仪器模块之间的数据交换。

图4为本发明的批量测量任务中单测量目标的测量单元组成结构图。根据各类性能综合检验的标准和要求，配置测量目标所需要的各类传感器，构成传感器组，传感器组中传感器按照检验任务进行组合，各传感器统一进行编号便于测量数据的打包通讯。传感器组控制节点分为传感器监测模块、数据预处理模块和通讯模块。监测模块用于监视传感器的工作状态并及时传送给测量平台，并在相应的仪器模块中显示出来。数据预处理模块对从传感器上获取的数据进行预处理，并提取特征参数通过通讯协议打包发送给测量平台中对应的在线仪器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种煤矿用液压支护装备的自动测量系统，其特征在于，所述煤矿用液压支护装备的自动测量系统包括：

可重组测量传感器组，与煤矿用液压支护装备装配在一起完成液压缸或立柱压力、位移以及马达转速单一参量或成组参量的综合测量，用于在测量过程中，根据对煤矿用液压支护装备某一特性如密封性能、保压性能、让压性能进行检测检验的需要来动态配置相应的传感器的数量和种类；

总线网络，与所述可重组测量传感器组连接，用于实现多个相同或不同种类的煤矿用液压支护装备同步测量；

可重构式煤矿用液压支护系统测量平台，通过信号转换器与所述总线网络连接，用于根据测量目标的种类、功能从仪器库中直接选择满足要求的仪器模块，存在特殊测量需求时，可动态构建仪器完成测量；

传感器组控制节点，连接所述总线网络和可重组测量传感器组，用于实现检测过程中数据和信息的交换，并把传感器组工作状态信息传递给测量平台上相应的仪器；

所述可重构式煤矿用液压支护系统测量平台还包括：仪器部分、数据管理与输出和仪器工作平台，与所述可重构式煤矿用液压支护系统测量平台连接；

所述仪器部分包括：

仪器库，用于完成测量数据的在线分析、显示、保存和试验结果的报表打印；

仪器模块库，用于通过仪器工作平台完成特定仪器的动态设计；

所述仪器模块库还包括：

仪器图形库，用于完成图形的设计处理；

数据处理算法库，用于完成数据计算的设计处理；

报表模块库，用于完成报表的实际处理；

所述数据管理与输出还包括：

测量数据的数据库，与仪器库连接，用于测量数据的存储；

测量结果报表库，与仪器库和仪器模块库连接，用于对测量结果做报表的输出处理；

所述传感器组控制节点还包括：

通讯模块，用于总线接口与传感器组之间的通讯；

传感器监测模块，用于监视传感器的工作状态并及时传送给测量平台，并在相应的仪器模块中显示出来；

数据预处理模块，用于对从传感器上获取的数据进行预处理，并提取特征参数通过通讯协议打包发送给测量平台中对应的在线仪器。