CN106089278A - 煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台 - Google Patents

Abstract

一种煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台，所述试验台是一种用于仿真测试液压支架电液控制系统的试验台，包括一防爆计算机、一台端头控制器、若干液压支架控制器、若干液压支架动作模拟显示屏、红外信号发射器移动小车和若干开关电源及架间电缆；其构成在于：所述一防爆计算机通过所述一台端头控制器电接所述若干液压支架控制器及其若干液压支架动作模拟显示屏，并由所述红外信号发射器移动小车和若干开关电源及架间电缆，实现所述煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验。本发明对液压支架电液控制系统进行整体仿真模拟试验测试，大大降低了液压支架控制系统的调试成本，进一步提高了对整个系统的测试水平。

Description

煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台

技术领域

本发明涉及一种液压支架电液控制系统试验台，尤其是一种用于煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统的试验台。

背景技术

随着煤炭工业的发展，对煤矿井下生产的自动化程度也提出了更高的要求，少人或是无人值守的综采工作面的实现已经成为当前研究的主要问题，而完成综采工作面自动化作业的关键设备是液压支架及其电液控制系统，所以，对安全、可靠、高效、自动化水平高的液压支架控制系统的需求也越来越迫切，众多的企业和科研院所投入到液压支架电液控制系统的开发中。在液压支架电液控制系统的研制和调试过程中，需要对液压支架电液控制系统的功能和性能进行试验，但是由于煤矿井下环境特殊，安全性要求较高，不能直接进行现场试验，而进行地面试验时，由于液压支架太过庞大，进行现场试验也较为困难，尤其是对自动化功能进行试验时，所需液压支架数量较多，占用地面空间非常大，需要大量的人力、财力和物力。所以需要找到一种方便、易于实施的试验平台对液压支架电液控制系统的各项功能进行试验。

在现有技术中，公开号为CN105404171A公开了“一种液压支架电液控制系统的仿真测试系统”，包括小型化液压支架模型、液压支架展示板、仿真设备、PC机服务器；所述小型化液压支架上设置有多种传感器，用于展示液压支架动作和支架各个部件的姿态；所述液压支架展示板，用于图形化直观方式展示液压支架动作和主要传感器状态；所述仿真设备电气连接所述传感器，接收所述传感器的数据并对其进行初步处理；所述PC机服务器电气连接所述仿真设备，所述PC机服务器功能之一用于接收所述仿真设备初步处理后的数据并对其进行后期处理，功能之二用于将现场系统运行数据下载到测试系统，进行现场运行数据的复现和系统运行环境模拟。但是该仿真测试系统仅仅是对一个液压支架控制器的仿真测试系统，未能对整个无人值守综采工作面液压支架电液控制系统进行仿真，也不能够对液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、液压支架就地控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能进行仿真。

公开号为CN103399495A公开了“一种液压支架电液控制系统的仿真系统及仿真方法”，其仿真系统包括：液压支架电液控系统仿真器、虚拟液压支架模型、液压支架系统上位机和液压支架控制系统终端控制机。该仿真方法是：用液压支架电液控仿真器模拟真实液压支架的控制器，虚拟液压支架电磁阀组模拟真实液压支架的电磁阀组，虚拟液压支架传感器模拟真实液压支架传感器；通过在液压支架控制系统上位机和液压支架控制系统终端控制机上对液压支架电液控系统仿真器进行监测和与控制，来模拟通过本地与远程操作对真实液压支架的控制方式。但是该仿真测试系统也是对一个液压支架控制器的仿真测试系统，未能对整个无人值守综采工作面液压支架电液控制系统进行仿真，也不能够对液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、液压支架就地控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能进行仿真。

授权公开号为CN202735107U公开了一种“基于NI控制器的液压支架远程综合测试平台”，包括设置在液压支柱上的压力传感器、位移传感器和定位传感器，远程模拟控制系统层包括若干个接口管理器，其接口管理器有电磁阀组、数据采集器及操作面板组成，每个接口管理器对应物理层中的一个液压支架；系统控制层包括两个主控制器、若干个I/O控制器及其用于传输液压支架超长指令控制字的连接总线，两个主控制器和若干个I/O控制器之间通过连接总线连接。但该测试平台的液压支架模型为实物液压支架模型，采用液压系统驱动，费用高，不方便移动，并且该测试系统仅仅是对一个液压支架控制器的测试系统，未能对整个无人值守综采工作面液压支架电液控制系统进行仿真，也不能够对液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、液压支架就地控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能进行仿真。

因此，现有技术中的支架系统模拟测试平台都具有一定的不完善之处，急需开发一种煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台，使之不仅能够实现对一台液压支架控制器的功能、性能的测试，并且能够模拟整个综采工作面液压支架的运行状况，模拟自动化采煤过程，从而为液压支架电液控制系统的调试和各项功能试验提供一种可靠、有效、低成本、便捷的模拟试验台。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台，以解决现有液压支架电液控制系统测试平台不能够实现对整个综采工作面液压支架控制系统的仿真测试，以及不能够实现对液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、液压支架就地控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能进行仿真测试的问题，进一步提高对液压支架电液控制系统进行仿真测试的水平。

本发明的目的是通过以下措施来实现的。

一种煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台，所述试验台是一种用于仿真测试液压支架电液控制系统的试验台，包括一防爆计算机、一台端头控制器、若干液压支架控制器、若干液压支架动作模拟显示屏、红外信号发射器移动小车和若干开关电源及架间电缆；其特征在于：所述一防爆计算机通过所述一台端头控制器电接所述若干液压支架控制器及其若干液压支架动作模拟显示屏，并由所述红外信号发射器移动小车和若干开关电源及架间电缆，实现所述煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验；

所述一防爆计算机是用于对所述若干液压支架的控制系统进行远程监测；

所述一端头控制器是用于对所述若干液压支架的控制器进行参数巡检，并对所述若干液压支架控制器下达自动控制命令；

所述液压支架控制器是用于控制液压支架执行动作，并对所述若干液压支架的各传感器参数进行采集；

所述若干液压支架动作模拟显示屏是一模拟仿真显示图，包含若干液压支架动作指示灯及其声光报警器，某一液压支架控制器进行动作控制时，与该动作对应的指示灯及声光报警器亮警，用于模拟井下支架控制的实际过程；

所述红外信号发射器移动小车是装有红外信号发射器的移动小车，实现模拟安装有红外信号发射器的采煤机，试验时移动小车，用于模拟采煤机在采煤过程中沿刮板输送机的移动情况。

在上述技术方案中，所述试验台是对工作面液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、液压支架就地控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能进行仿真试验；

所述对工作面液压支架自动追击拉架功能的试验是所述装有红外信号发射器的移动小车在某一高度移动，模拟采煤机在采煤过程中沿刮板输送机轨道移动，当移动到某一所述液压支架控制器的位置时，所述液压支架控制器上的红外信号接收器对该信号进行采集；所述端头控制器对所述液压支架控制器进行参数巡检，并对所接收的参数数据进行分析和计算，判断所述移动小车模拟的采煤机位置，然后向所述液压支架控制器下发动作控制命令，所述液压支架控制器接收命令后开始执行动作，由所述液压支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况；

所述液压支架远程点动控制功能是通过所述防爆计算机上进行远程点动操作时，选定需要控制的液压支架号以及相应的动作，然后所述防爆计算机将控制命令发送给所述端头控制器，所述端头控制器接收到控制命令后，向相应所述液压支架控制器发送对应动作的远程点动控制命令，所述液压支架控制器接收控制命令后开始执行动作，由所述支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况；

所述液压支架就地控制功能是在与被控制液压支架相邻的所述液压支架控制器上选定需要控制的液压支架编号并选定控制动作，然后向与被控制液压支架对应的所述液压支架控制器发送控制命令，与被控制液压支架对应的所述液压支架控制器接收到相邻的所述液压支架控制器发送的就地控制命令后开始执行动作，由所述液压支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况；

所述系统程序在线升级功能是将需要更新的程序代码存入所述防爆计算机，所述防爆计算机对程序代码进行初步整理后将代码发送给所述端头控制器，所述端头控制器对接收的代码进行判断，若是更新后的所述端头控制器程序代码，则所述端头控制器在接收完程序代码后对自身程序进行升级，如果接收到的是更新后的所述液压支架控制器程序代码，则所述端头控制器将接收到的程序代码逐个发送给所述液压支架控制器，所述液压支架控制器在接收完程序代码后，完成自身的程序更新；

所述系统参数在线修改功能是在所述防爆计算机上对系统参数进行修改并保存，后将修改的系统参数发送给所述端头控制器，所述端头控制器接收修改后的系统参数并进行存储，并将属于液压支架控制器的参数逐个发送给全部所述液压支架控制器，所述液压支架控制器接收所述端头控制器发送的参数后进行存储。

本发明上述所提供的一种煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台的技术方案与现有技术相比，其优点与积极效果在于解决了现有液压支架未能对整个无人值守综采工作面液压支架电液控制系统进行仿真测试，也不能够对液压支架控制系统各项功能进行仿真测试的问题，本发明既能够模拟仿真井下整个液压支架电液控制系统的运行，通过所述装有红外信号发射器的移动小车模拟采煤机，通过支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况，通过12V（DC）开关电源模拟井下实际供电情况，并使用井下实际通讯电缆模拟液压支架控制系统井下实际连接情况，能够可靠、有效、低成本、便捷的实现对整个液压支架电液控制系统的仿真测试，又能够进行液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、液压支架就地控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能的试验。本发明大大降低了液压支架控制系统的调试成本，并且为液压支架电液控制系统的试验提供了一种新方式。

附图说明

图1是本发明所述煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台示意图。

图2是本发明所述装有红外信号发射器的可移动小车示意图。

图3是本发明所述支架动作模拟显示屏示意图。

图4是本发明所述支架动作模拟显示屏电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明的目的、技术方案及优点，下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅仅用于解释本发明，并不用于对本发明进行限定。

如附图1所示，实施本发明上述所提供的一种煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台，在该试验台中，包括1台防爆计算机、1台端头控制器、120台支架控制器、120个支架动作模拟显示屏、一个装有红外信号发射器的可移动小车和若干开关电源及架间电缆组成。所述试验台共有6层，每层有20台所述支架控制器和所述支架动作模拟显示屏，编号为1~120。

所述防爆计算机与所述端头控制器之间、所述端头控制器与所述支架控制器之间的数据通讯由RS485总线实现，通讯协议为MODBUS协议。所述防爆计算机通过对端头控制器的访问实现对整个综采工作面液压支架控制系统的远程监测，并在屏幕上对系统运行状况进行实时显示；所述端头控制器用于对整个支架控制系统的全部支架控制器进行参数巡检，并对所述支架控制器下达自动控制命令；所述支架控制器用于控制支架动作，并对支架的各传感器参数进行采集。

如附图2所示，所述装有红外信号发射器的可移动小车可由操作人员推动以及调整高度，模拟安装有红外信号发射器的采煤机，试验时推动小车移动，用于模拟采煤机在采煤过程中的沿刮板输送机的移动情况。

所述端头控制器与所述支架控制器均采用12V（DC）开关电源进行供电，所述支架控制器的供电方式为每4台所述支架控制器由1个开关电源供电，例如：120、119、118、117号所述支架控制器由一个开关电源供电，所述端头控制器单独由一个开关电源供电，模拟井下实际供电情况。

所述防爆计算机和所述端头控制器之间由200m长的通讯电缆连接，所述端头控制器与所述支架控制器之间、相邻的所述支架控制器之间均使用3.75m的通讯电缆连接，模拟井下实际电缆连接情况。

如附图3所示，所述支架动作模拟显示屏具有一张支架平面图、16个动作指示灯和1个声光报警器，每个动作指示灯位于支架平面图中对应的支架动作部件旁边，并以箭头标示动作的方向，能够形象的显示支架各动作的执行情况。当某一个所述支架控制器进行某动作控制时，与该动作对应的指示灯点亮，同时声光报警器鸣响，提示操作人员该支架正在执行动作。16个动作分别为：伸收缩梁、收收缩梁、伸侧护帮、收侧互帮、喷雾、伸一级护帮、收一级护帮、伸二级护帮、收二级护帮、升柱、降柱、伸平衡、收平衡、提底、拉架、推镏。

如附图4所示，所述支架动作模拟显示屏电路原理图共有16个动作指示灯（L1~L16）、16个电阻（R1~R16）、16个二极管（D1~D16）和1个声光报警器，动作输出口（1~16）分别对应动作：伸收缩梁、收收缩梁、伸侧护帮、收侧互帮、喷雾、伸一级护帮、收一级护帮、伸二级护帮、收二级护帮、升柱、降柱、伸平衡、收平衡、提底、拉架、推镏。当所述支架控制器进行某动作输出时，该动作输出口接通0V（DC），此时该动作指示灯导通发光，而其它动作指示灯由于二极管（D1~D16）的阻隔不能导通。在此过程中，任意一个动作指示灯导通时，声光报警器均能导通并发出声光信息，以提示操作人员。

所述液压支架自动追击拉架功能试验的具体实现过程如下：

（1）在所述防爆计算机上将液压支架控制系统切换为自动控制模式；

（2）所述装有红外信号发射器的移动小车在试验平台前移动，以此模拟采煤机在采煤过程中在刮板输送机轨道上移动，移动速度为1~2m/min，所述红外信号发射器面向所述支架控制器的面板上的红外信号接收器；

（3）当所述装有红外信号发射器的移动小车移动到某一所述支架控制器的对应位置时，所述支架控制器面板上的红外信号接收器接收到该红外信号，然后将红外信号状态标识进行存储；

（4）所述端头控制器对全试验台的所述支架控制器进行参数巡检，接收并存储所有所述支架控制器的红外信号状态标识参数；

（5）所述端头控制器对所接收的参数数据进行分析和计算，判断出所述移动小车的位置和运动方向，即为模拟的采煤机位置和运行方向；

（6）依照采煤工艺，所述端头控制器向对应的所述支架控制器下发相应的动作控制命令；

（7）所述支架控制器接收所述端头控制器下发的动作控制命令，然后所述支架控制器驱动模块开始驱动相应的动作，所述支架动作模拟显示屏上被驱动的相应动作指示灯被点亮，同时声光报警器也开始闪光并发出鸣响，模拟显示支架动作的执行情况；

（8）所述装有红外信号发射器的移动小车按照采煤工艺继续进行位置移动，试验按照上述步骤（2）~（7）重复，直到运行完整个采煤工艺后结束。

所述液压支架远程点动控制功能试验的具体实现过程如下：

（1）在所述防爆计算机上将液压支架控制系统切换为远程点动控制模式；

（2）在所述防爆计算机上进行远程点动操作，选定需要控制的支架号以及相应的动作，然后所述防爆计算机将控制命令发送给所述端头控制器；

（3）所述端头控制器接收到所述防爆计算机的远程点动控制命令后，向相应所述支架控制器发送对应动作的远程点动控制命令；

（4）所述支架控制器接收所述端头控制器下发的远程点动控制命令，然后所述支架控制器驱动模块开始驱动相应的动作，所述支架动作模拟显示屏上被驱动的相应动作指示灯被点亮，同时声光报警器也开始闪光并发出鸣响，模拟显示支架动作的执行情况。

所述液压支架就地控制功能试验的具体实现过程如下：

（1）在所述防爆计算机上将液压支架控制系统切换为就地控制模式；

（2）在与被控制支架相邻的所述支架控制器的上选定需要控制的支架编号并选定控制动作，向与被控制支架对应的所述支架控制器发送控制命令；

（3）与被控制支架对应的所述支架控制器接收到相邻的所述支架控制器发送的就地控制命令后，所述支架控制器驱动模块开始驱动相应的动作，所述支架动作模拟显示屏上被驱动的相应动作指示灯被点亮，同时声光报警器也开始闪光并发出鸣响，模拟显示支架动作的执行情况。

所述系统程序在线升级功能试验的具体实现过程如下：

（1）将需要更新的程序代码存入所述防爆计算机，由所述防爆计算机对程序代码进行初步整理，使之便于传递和使用；

（2）所述防爆计算机将需要发送的程序代码的规模和类型信息发送给所述端头控制器，所述端头控制器为接收程序代码做好准备；

（3）所述防爆计算机将整理好的代码发送给所述端头控制器，所述端头控制器一边接收程序代码一边将程序代码存入存储器中；

（4）接收完所述防爆计算机发送的程序代码后，所述端头控制器对接收的代码进行判断，若是更新后的所述端头控制器程序代码，则所述端头控制器在接收完程序代码后对自身程序进行升级；

（5）如果接收到的是更新后的所述支架控制器程序代码，则所述端头控制器将接收到的程序代码逐个发送给所述支架控制器，所述支架控制器在接收完程序代码后，完成自身的程序更新。

所述系统参数在线修改功能试验的具体实现过程如下：

（1）在所述防爆计算机上对系统的全部参数进行修改并保存在数据库中；

（2）所述防爆计算机将修改后的系统参数按照MODBUS协议发送给所述端头控制器；

（3）所述端头控制器接收修改后的全部系统参数并进行存储，完成所述端头控制器自身参数的修改；

（4）所述端头控制器将属于所述支架控制器的参数按照MODBUS协议逐个发送给全部所述支架控制器；

（5）所述支架控制器接收所述端头控制器发送的参数并进行存储，完成全部所述支架控制器参数的修改。

综上所述技术方案的实施，其特点在于本发明实现了对整个无人值守综采工作面液压支架电液控制系统的仿真，也实现了对液压支架自动追击拉架功能的仿真，本发明能够模拟仿真井下整个液压支架电液控制系统的运行，通过所述装有红外信号发射器的移动小车模拟采煤机，通过支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况，通过12V（DC）所述开关电源模拟井下实际供电情况，并使用井下实际通讯电缆模拟液压支架系统井下实际连接情况，既能够可靠、有效、低成本、便捷的实现对整个液压支架电液控制系统的试验，又能够进行液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能的试验。本发明大大降低了液压支架控制系统的调试成本，并且为液压支架电液控制系统的试验提供了一种新方式。

Claims (2)

1.一种煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验台，所述试验台是一种用于仿真测试液压支架电液控制系统的试验台，包括一防爆计算机、一台端头控制器、若干液压支架控制器、若干液压支架动作模拟显示屏、红外信号发射器移动小车和若干开关电源及架间电缆；其特征在于：所述一防爆计算机通过所述一台端头控制器连接所述若干液压支架控制器及其若干液压支架动作模拟显示屏，并由所述红外信号发射器移动小车和若干开关电源及架间电缆组成，实现所述煤矿无人值守综采工作面液压支架电液控制系统试验；

所述一防爆计算机是用于对所述若干液压支架的控制系统进行远程监测；

所述一端头控制器是用于对所述若干液压支架的控制器进行参数巡检，并对所述若干液压支架控制器下达自动控制命令；

所述液压支架控制器是用于控制液压支架执行动作，并对所述若干液压支架的各传感器参数进行采集；

所述若干液压支架动作模拟显示屏是一模拟仿真显示图，包含若干液压支架动作指示灯及其声光报警器，某一液压支架控制器进行动作控制时，与该动作对应的指示灯及声光报警器亮警，用于模拟井下支架控制的实际过程；

所述红外信号发射器移动小车是装有红外信号发射器的移动小车，实现模拟安装有红外信号发射器的采煤机，试验时移动小车，用于模拟采煤机在采煤过程中沿刮板输送机的移动情况。

2.如权利要求1所述的试验台，其特征在于：所述试验台是对工作面液压支架自动追击拉架功能、液压支架远程点动控制功能、液压支架就地控制功能、系统程序在线升级功能、系统参数在线修改功能进行仿真试验；

所述对工作面液压支架自动追击拉架功能的试验是所述装有红外信号发射器的移动小车在某一高度移动，模拟采煤机在采煤过程中沿刮板输送机轨道移动，当移动到某一所述液压支架控制器的位置时，所述液压支架控制器上的红外信号接收器对该信号进行采集；所述端头控制器对所述液压支架控制器进行参数巡检，并对所接收的参数数据进行分析和计算，判断所述移动小车模拟的采煤机位置，然后向所述液压支架控制器下发动作控制命令，所述液压支架控制器接收命令后开始执行动作，由所述液压支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况；

所述液压支架远程点动控制功能是通过所述防爆计算机上进行远程点动操作时，选定需要控制的液压支架号以及相应的动作，然后所述防爆计算机将控制命令发送给所述端头控制器，所述端头控制器接收到控制命令后，向相应所述液压支架控制器发送对应动作的远程点动控制命令，所述液压支架控制器接收控制命令后开始执行动作，由所述支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况；

所述液压支架就地控制功能是在与被控制液压支架相邻的所述液压支架控制器上选定需要控制的液压支架编号并选定控制动作，然后向与被控制液压支架对应的所述液压支架控制器发送控制命令，与被控制液压支架对应的所述液压支架控制器接收到相邻的所述液压支架控制器发送的就地控制命令后开始执行动作，由所述液压支架动作模拟显示屏模拟显示动作执行情况；

所述系统程序在线升级功能是将需要更新的程序代码存入所述防爆计算机，所述防爆计算机对程序代码进行初步整理后将代码发送给所述端头控制器，所述端头控制器对接收的代码进行判断，若是更新后的所述端头控制器程序代码，则所述端头控制器在接收完程序代码后对自身程序进行升级，如果接收到的是更新后的所述液压支架控制器程序代码，则所述端头控制器将接收到的程序代码逐个发送给所述液压支架控制器，所述液压支架控制器在接收完程序代码后，完成自身的程序更新；

所述系统参数在线修改功能是在所述防爆计算机上对系统参数进行修改并保存，后将修改的系统参数发送给所述端头控制器，所述端头控制器接收修改后的系统参数并进行存储，并将属于液压支架控制器的参数逐个发送给全部所述液压支架控制器，所述液压支架控制器接收所述端头控制器发送的参数后进行存储。