CN109826661B - 电磁阀驱动器及液压支架控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种电磁阀驱动器及液压支架控制系统，其包括：储能部，其包括储存电能的储能单元，所述储能单元用于为电磁阀的开启和关闭提供电能。本发明实施例通过设置储能部为电磁阀的开启和关闭提供电能，不再需要本安电源为电磁阀提供电能，与现有技术中直接采用本安电源为电磁阀供电相比，可降低本安电源供电电路中的峰值功耗，提高本安电源带负载的数量，减小本安电源的输出功率波动，避免骤然本安电源的输出功率升高，不仅能够提高本安电源工作的安全系数，而且还可延长本安电源的使用寿命，降低成本。

Description

电磁阀驱动器及液压支架控制系统

技术领域

本发明涉及电磁阀技术领域，具体涉及一种电磁阀驱动器及液压支架控制系统。

背景技术

综采工作面对电控设备的性能要求越来越高，功能需求也越来越多，而供电端由于受行业安全的规定，一直无法提供安全的大功率电源，因此对设备的功耗方面要求越来越苛刻。

现有技术中的综采工作面上，多个液压支架使用一组本安电源，每个液压支架上配置多个电磁先导阀，当多个液压支架同时动作时，本安电源的供电总电流和功耗都会骤然提高，不仅存在安全隐患，而且还会导致本安电源的寿命缩短，限制本安电源带负载的数量。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出一种电磁阀驱动器及液压支架控制系统，以解决上述技术问题。

本发明实施例提出一种电磁阀驱动器，其包括：储能部，其包括储存电能的储能单元，所述储能单元用于为电磁阀的开启和关闭提供电能。

可选地，储能部还包括电池管理电路，所述电池管理电路用于读取储能单元的充放电参数，并根据所述充放电参数对储能单元进行充放电管理。

可选地，储能部还包括电源变换电路，所述电源变换电路用于控制储能单元输出稳定电压。

可选地，储能部还包括两级保护电路，所述两级保护电路用于限制所述储能单元的输出电流。

可选地，所述电池管理电路将充放电参数发送至处理器单元，所述处理器单元接收并保存所述充放电参数。

可选地，还包括：处理器单元、通信单元、第一半桥驱动电路和第二半桥驱动电路，所述第一半桥驱动电路设置在所述储能单元与所述电磁阀的第一线圈的供电电路上，控制第一线圈通断；所述第二半桥驱动电路设置在所述储能单元与所述电磁阀的第二线圈的供电电路上，控制第二线圈通断；所述通信单元用于接收控制指令，并将所述控制指令发送至处理器单元，所述处理器单元接收并解析所述控制指令，得到解析指令，根据解析指令逐一控制第一半桥驱动电路和第二半桥驱动电路工作，以使电磁阀动作。

可选地，所述第一半桥驱动电路和第二半桥驱动电路均包括驱动逻辑电路、上mos管和下mos管，驱动逻辑电路分别与上mos管的栅极和下mos管的栅极连接，驱动逻辑电路用于接收处理器单元发送的解析指令，并根据解析指令逐一控制上mos管和下mos管的通断，所述储能单元向所述上mos管的漏极供电，所述上mos管的源极与下mos管的漏极通过控制电路连接，所述下mos管的源极接地，所述第一线圈的第一端连接在所述第一半桥驱动电路的控制电路上，所述第二线圈的第一端连接在所述第二半桥驱动电路的控制电路上，所述第一线圈的第二端、所述第二线圈的第二端均用于接地或者与储能单元连接。

可选地，还包括：储能保护电路，用于实时监测第一半桥驱动电路和/或第二半桥驱动电路的电流信息，根据所述电流信息判断电磁阀的工作状态，且当所述工作状态为短路时，控制储能单元停止供电。

可选地，所述储能保护电路将所述电流信息发送至处理器单元，所述处理器单元接收并保存所述电流信息。

本发明实施例还提供一种液压支架控制系统，其包括如上所述的电磁阀驱动器。

本发明实施例提供的电磁阀驱动器及液压支架控制系统通过设置储能部为电磁阀的开启和关闭提供电能，不再需要本安电源为电磁阀提供电能，与现有技术中直接采用本安电源为电磁阀供电相比，可降低本安电源供电电路中的峰值功耗，提高本安电源带负载的数量，减小本安电源的输出功率波动，避免骤然本安电源的输出功率升高，不仅能够提高本安电源工作的安全系数，而且还可延长本安电源的使用寿命，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例的液压支架控制系统的结构示意图。

图2是本发明实施例的控制器的结构示意图。

图3是本发明实施例的控制器与上位机的连接示意图。

图4是本发明实施例的电磁阀驱动器的结构示意图。

图5是本发明实施例的储能部的结构示意图。

图6是本发明实施例的第一半桥驱动电路的电路图。

图7是本发明实施例的电磁阀驱动器采用共阳输出方式的电路图。

图8是本发明实施例的电磁阀驱动器采用共阴输出方式的电路图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1示出了本发明实施例的液压支架控制系统的结构示意图，图2 示出了本发明实施例的控制器的结构示意图，图3示出了本发明实施例的控制器与上位机的结构示意图。如图1-3所示，本发明实施例提供的液压支架控制系统，其包括：控制装置、监控装置和上位机11。

所述控制装置包括控制器1和电磁阀驱动器2，所述监控装置包括摄像仪3。

所述控制器1包括通信模块102和处理器模块101，摄像仪3获取采煤工作面和/或采煤机运行的视频信息，并将所述视频信息通过通信模块 102发送至上位机11。

上位机11向工作人员显示所述视频信息，并接收用户输入的输入指令。

通信模块102接收上位机11发送的输入指令，并将输入指令发送至处理器模块101。

所述通信模块102与上位机11通过至少两条通信链路连接，所述至少两条通信链路冗余通讯。

其中，冗余通讯是指，当其中一条通讯链路堵塞或者传输速度较慢 (例如小于预定传输速度)时，采用另外一条通讯链路传输数据。当所有的通讯链路传输速度均小于预定传输速度时，选择其中传输速度最快的通讯链路进行通讯。

在本发明的一个优选实施例中，至少两条通信链路包括双线CAN工业现场总线8和双线工业以太网总线9。

其中，高速数据、高带宽数据优先走双线工业以太网总线9，业务数据优先走双线CAN工业现场总线8。

其中，双线CAN工业现场总线采用私有协议通讯，属于无主式通讯，双线工业以太网总线9基于Ethernet/IP工业以太网协议建立统一的CIP 模型。

此外，通信链路还可采用无线通信总线、G.hn网络通信总线等。以有线形式传输的通信链路均可置于钢丝护套连接器内。

所述处理器模块101接收所述输入指令，并根据输入指令控制电磁阀驱动器2工作，以驱动电磁阀使液压支架动作。

使用时，控制器1可一一对应地安装在液压支架上。

液压支架控制系统工作时，摄像仪3对采煤工作面和/或者采煤机运行情况进行摄像，获得视频信息。视频信息经其中一条通信链路上传至上位机11。

工作人员根据上位机11显示的采煤工作面和/或者采煤机运行情况，向上位机11输入相应的输入指令，例如控制液压支架前移指令。

控制指令经其中一条通讯链路发送至通讯模块102，然后转至处理器模块101。

处理器模块101根据控制电磁阀驱动器2工作，电磁阀驱动器2控制相应的电磁阀工作，使液压支架动作。

本发明实施例提供的液压支架控制系统通过设置控制装置、监控装置和上位机，上位机与通信模块通过至少两条通信链路连接，不仅可提高液压支架输入指令的传输速度和传输稳定性，提高液压支架控制的实时性、可靠性，还可满足数据带宽的要求。

进一步地，如图4所示，所述电磁阀驱动器2包括储能部203，所述储能部203包括储存电能的储能单元2031，所述储能单元2031用于为电磁阀的开启和关闭提供电能。

使用时，储能部203的充电端与本安电源连接，供电端与电磁阀连接。电磁阀动作时，储能部203的储能单元2031为电磁阀提供电能。

在液压支架空闲时，即电磁阀不工作时，本安电源为储能部203充电。

本发明实施例通过设置储能部为电磁阀的开启和关闭提供电能，不再需要本安电源为电磁阀提供电能，与现有技术中直接采用本安电源为电磁阀供电相比，可降低本安电源供电电路中的峰值功耗，提高本安电源带负载的数量，减小本安电源的输出功率波动，避免骤然本安电源的输出功率升高，不仅能够提高本安电源工作的安全系数，而且还可延长本安电源的使用寿命，降低成本。

进一步地，如图5所示，储能部203还包括电池管理电路2032，所述电池管理电路2032用于读取储能单元2031的充放电参数，并根据所述充放电参数对储能单元2031进行充放电管理。

通过读取储能单元2031的充放电参数，可以对储能单元2031进行有效的管理，避免储能单元2031过分充放电，降低储能单元2031寿命或者损坏储能单元2031。

其中，充放电参数包括充电电压、放电电压、充电过流、放电过流等。

较佳地，储能部203还包括电源变换电路2033，所述电源变换电路 2033用于控制储能单元2031输出稳定电压，可保证储能部203的输出电压不随电量减小而降低。在本实施例中，电源变换电路2033可采用 BUCK-BOOST电路。

优选地，储能部203还包括两级保护电路2034，所述两级保护电路 2034用于限制所述储能单元2031的输出电流，以保证储能部203输出的电流满足本质安全的要求，符合煤矿生产要求。

在本实施例中，两级保护电路可采用齐纳型、节流型、隔离型等保护电路。

在本发明的一个优选实施例中，储能单元2031可采用电池或者电池组，例如磷酸铁锂电池。

储能单元2031、电池管理电路2032、电源变换电路2033、两级保护电路2034采用胶封组装在一起。

进一步地，所述电池管理电路2032将充放电参数发送至处理器单元201，所述处理器单元201接收并保存所述充放电参数。

不仅可实时监控储能单元2031的充放电参数，而且保存该充放电参数，以供控制器1询问，方便控制器1实时掌握储能单元2031的充放电信息。

在本实施例中，控制器1与电磁阀驱动器2通过连接器连接，连接器可采用型号为LCFB-4的钢丝编织橡胶护套连接器。连接器在通信信号的同时，还有电源信号，以实现供电。

此外，控制器1与上位机11也通过连接器连接。控制器1和电磁阀驱动器2的数量均可以有多个，相邻控制器1、相邻电磁阀驱动器2也可采用连接器实现级联，以使液压支架控制系统贯穿整个采煤工作面。

连接器具有8根线芯，分别为双线CAN工业现场总线8和双线工业以太网总线9、电源供电线。

进一步地，液压支架控制系统还包括电源箱10，电源箱10分开给监控装置和控制装置供电，不仅可减小电源箱10的数量，还可保证监控装置电源损坏时，不影响液压支架的正常工作。

如图1所示，电源箱10可提供四路本安电源，每侧提供两路电源，分别向左右两侧的控制器1供电。

电磁阀驱动器2的通信单元202上具有通信进口和通信出口，通信进口和通信出口均为级联口，均支持级联协议，例如RS485、CAN等，以便于级联多个电磁阀驱动器2。

较佳地，如图4-8所示，电磁阀驱动器2还包括：处理器单元201、通信单元202、第一半桥驱动电路205、第二半桥驱动电路206。

所述第一半桥驱动电路205设置在所述储能单元2031与所述电磁阀的第一线圈12的供电电路上，第一半桥驱动电路205控制第一线圈12 内电流的通断。

所述第二半桥驱动电路206设置在所述储能单元2031与所述电磁阀的第二线圈13的供电电路上，第二半桥驱动电路206控制第二线圈13 内电流的通断。

所述通信单元用于接收控制器1发送的控制指令，并将所述控制指令发送至处理器单元201。

所述处理器单元201接收并解析所述控制指令，得到解析指令，根据解析指令逐一控制第一半桥驱动电路205和第二半桥驱动电路206工作，以使电磁阀动作。

通过设置第一半桥驱动电路205和第二半桥驱动电路206，能够实现电磁阀驱动器2的驱动接口的共阳或者共阴输出，以配套不同厂家生产的电磁阀，提高电磁阀驱动器2的适用性范围。

可选地，所述第一半桥驱动电路205和第二半桥驱动电路206的设计电路相同，且均包括驱动逻辑电路2053、上mos管2051和下mos管 2052。

驱动逻辑电路2053分别与上mos管2051的栅极和下mos管2052 的栅极连接，驱动逻辑电路2053用于接收处理器单元201发送的解析指令，并根据解析指令逐一控制上mos管2051和下mos管2052的通断。

所述储能单元2031向所述上mos管2051的漏极供电，所述上mos 管2051的源极与下mos管2052的漏极通过控制电路连接。

所述下mos管2052的源极接地，所述第一线圈12的第一端连接在所述第一半桥驱动电路205的控制电路上。

所述第二线圈13的第一端连接在所述第二半桥驱动电路206的控制电路上。

所述第一线圈12的第二端、所述第二线圈13的第二端均用于接地或者与储能单元2031连接。

如图7所示，当第一线圈12的第二端、所述第二线圈13的第二端均与储能单元2031连接时，电磁阀驱动器2的驱动接口实现共阳输出。

如图8所示，当第一线圈12的第二端、所述第二线圈13的第二端均接地时，电磁阀驱动器2的驱动接口实现共阴输出。

进一步地，如图4所示，电磁阀驱动器2还包括：储能保护电路204，用于实时监测第一半桥驱动电路205和/或第二半桥驱动电路206的电流信息。

根据所述电流信息判断电磁阀的工作状态，且当所述工作状态为短路时，控制储能单元2031停止供电。

如图6所示，下mos管2052的源极均通过采样电阻和放大电路2054 接地，其中，采样电阻和放大电路2054并联。

采样电阻对电流进行采样后，经过放大电路2054放大后读取电压值，以监测每条半桥驱动电路的电流情况，从而判断电磁阀的工作状态(例如开路、短路、工作)。

当电磁阀短路时，控制储能单元2031停止供电，可防止事故的发生，提高作业的安全系数。

进一步地，所述储能保护电路204将所述电流信息发送至处理器单元201，所述处理器单元201接收并保存所述电流信息，以供控制器1 询问。

优选地，如图2所示，所述控制器1为可编程控制器，其还包括储存器，所述通信模块实时接收上位机11上的图形化编程软件编写的程序软件，并将所述程序软件发送至所述存储器。

所述存储器实时存储所述程序软件，所述处理器模块读取存储器内的程序软件，并将所述程序软件安装在所述存储器内。

控制器1在实际使用时，工作人员在上位机11上，通过图像化编程软件编写程序软件。程序软件通过通信模块102实时传输至存储器内。

处理器模块101内置操作系统，可实时将程序软件安装到存储器内，也可在程序软件全部传输至存储器后，再启动下装程序，再将程序软件安装在存储器内。也可在上位机11上，将程序软件全部编写好，再点击下装程序，将程序软件安装在存储器内。

处理器模块101在安装程序软件时，并不影响原有程序的执行，安装完成后，控制器1自动重启，然后再从存储器内调用原有参数(例如液压支架序号、跟进参数等，具体参数可根据实际情况设定，支持自定义)，运行安装的程序软件。

本发明实施例提供的控制器通过设置处理器模块、通信模块、存储器，由图形化编程软件实时编辑的程序软件可通过通信模块实时传输并存储在存储器内，以供处理器模块安装使用，可节约程序软件的安装时间，提高程序软件的安装效率，而且在传输或者安装过程中，即使上位机停电、断网，均不影响控制器的运行，提高设备的工作稳定性。

进一步地，控制装置还包括传感器，传感器用于监测液压支架的姿态信息，并将姿态信息发送至控制器1，控制器1根据姿态信息和输入指令控制电磁阀驱动器2，控制电磁阀工作，以使液压支架动作。

通过设置传感器，控制器1可结合用户的输入指令和姿态信息控制电磁阀工作，便于更准确地控制液压支架动作。

所述通信模块102上设置有与传感器连接的通信链路接口，传感器可以为总线型传感器6、模拟量传感器5等。

传感器可采用角度传感器，可设置在液压支架的底座、后连杆、掩护梁、顶梁等部件上，通过实时监测各部件的倾角，获取液压支架的位姿。

传感器还可监测液压支架的立柱压力、推移行程、高度数据等，例如护帮行程传感器、接近传感器等。

通信链路接口可以采用RS232、RS485等通信链路接口，用来连接数字型传感器或者总线型传感器6。

单个传感器上均具有级联特性，最高支持255个节点，所有传感器并联设置，任何节点损坏均不影响其他传感器的通信。

摄像仪3也具有级联特性，提供工业以太网接口，可以级联多个网络设备，例如摄像仪3。

进一步地，控制器1还包括：人员定位模块103，人员定位模块103 采用至少两种定位方法获取工作人员的位置信息，并将所述位置信息发送至处理器模块，其中至少两种定位方法获取的位置信息互为冗余备份，以便更准确地获取人员位置。

人员定位模块103可采用125KHz、433MHz、800MHz、900MHz、 1GHz、2.5GHz、5GHz等频段中的两种频段实现人员定位。

至少两种定位方法可以为125KHz接近感知、UWB(ultrawideband, 超宽带)三角定位等方法。

人员定位模块103可采用无线发射器和定位标签实现，无线发射器安装在液压支架上，定位标签佩戴在工作人员身上。

进一步地，控制器1还包括：急停闭锁模块104 ，当工作人员与液压支架的距离小于预定距离(例如1米)时，所述处理器模块101控制所述急停闭锁模块104工作，以控制与工作人员小于预定距离的液压支架闭锁，以避免液压支架动作，损伤工作人员，提高作业安全系数。

急停闭锁模块104 还可监视当前液压支架上的闭锁按钮状态、采煤工作面急停信息，与当前液压支架相邻的液压支架的闭锁信息，并将这些信息发送至处理器模块101，以便处理器模块101综合这些信息，更准确地操作急停闭锁模块104 工作。

较佳地，控制器1还包括：报警模块105，例如声光报警器。

当工作人员处于非工作区域时，所述处理器模块101控制所述报警模块105报警，以警示工作人员。

优选地，控制器1还包括：输入/输出模块106，所述输入/输出模块 106接收用户指令，并将所述用户指令发送至处理器模块101。

通过设置输入/输出模块106，使得控制器1在现场可由工作人员操控，提高设备的可操作性。

在本实施例中，输入模块可采用键盘，输出模块可采用指示灯。

可选地，控制器1还包括：显示模块108，所述显示模块108接收显示处理器模块101发送的数据信息，并提供人机交互界面，以便更好地操作。

在本实施例中，显示模块108可包括显示屏和背光控制模块，显示屏显示数据信息，背光控制模块控制显示屏的亮度。

更进一步地，控制器1还包括：遥控模块109，所述遥控模块109 用于无线接收控制指令，并将所述控制指令发送至处理器模块101，以实现控制器1的无线控制。遥控模块109可采用红外接收器。

进一步地，控制器1还包括数据采集模块107，数据采集模块107 采集传感器、电磁阀驱动器2、控制器内部的处理器模块101、通信模块 102、人员定位模块103、急停闭锁模块104、报警模块105、输入/输出模块106、显示模块108、遥控模块109的电流/电压信息，并将所述电流 /电压信息发送至处理器模块101。

处理器模块101根据电流/电压信息判断各个部件的工作状态，以便使各个部件更好地工作。

数据采集模块107还具有数据转化功能，将模拟量信号转化为数字化信号。

较佳地，液压支架控制系统还具有记录行走路径的功能，人员定位模块将工作人员的位置信息发送至上位机11，上位机11结合地图系统和工作人员的位置信息，获取工作人员的行走路径，以便更好地得知工作人员的工作线路。

进一步地，液压支架控制系统的监控装置还包括无线接入器4，无线接入器4接收的无线信号传至控制器1。

无线接入器4提供至少两个频段的无线通信以及至少一条G.hn网络通信总线，为液压支架控制系统提供无线接入的可能。相邻无线接入器4 通过G.hn网络通信总线连接。

在本发明的一个优选实施例中，液压支架控制系统可以有多个，每个液压支架上设置一个控制系统，相邻控制系统的控制器1之间的通讯信号均为隔离信号，因此，液压支架控制系统之间不再需要隔离耦合器，可减少隔离耦合器的设置，降低成本。

进一步地，控制器1内集成交换功能，处理器模块101不仅可读取摄像仪3、无线接入器4的数据，还可读取控制指令。

以上，结合具体实施例对本发明的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本发明的思想。本领域技术人员在本发明具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电磁阀驱动器，其特征在于，包括：储能部，其包括储存电能的储能单元，所述储能单元用于为电磁阀的开启和关闭提供电能；

还包括：处理器单元、通信单元、第一半桥驱动电路和第二半桥驱动电路，所述第一半桥驱动电路设置在所述储能单元与所述电磁阀的第一线圈的供电电路上，控制第一线圈通断，所述第二半桥驱动电路设置在所述储能单元与所述电磁阀的第二线圈的供电电路上，控制第二线圈通断，所述通信单元用于接收控制指令，并将所述控制指令发送至处理器单元，所述处理器单元接收并解析所述控制指令，得到解析指令，根据解析指令逐一控制第一半桥驱动电路和第二半桥驱动电路工作，以使电磁阀动作。

2.如权利要求1所述的电磁阀驱动器，其特征在于，储能部还包括电池管理电路，所述电池管理电路用于读取储能单元的充放电参数，并根据所述充放电参数对储能单元进行充放电管理。

3.如权利要求2所述的电磁阀驱动器，其特征在于，储能部还包括电源变换电路，所述电源变换电路用于控制储能单元输出稳定电压。

4.如权利要求2所述的电磁阀驱动器，其特征在于，储能部还包括两级保护电路，所述两级保护电路用于限制所述储能单元的输出电流。

5.如权利要求2所述的电磁阀驱动器，其特征在于，所述电池管理电路将充放电参数发送至处理器单元，所述处理器单元接收并保存所述充放电参数。

6.如权利要求1所述的电磁阀驱动器，其特征在于，所述第一半桥驱动电路和第二半桥驱动电路均包括驱动逻辑电路、上mos管和下mos管，驱动逻辑电路分别与上mos管的栅极和下mos管的栅极连接，驱动逻辑电路用于接收处理器单元发送的解析指令，并根据解析指令逐一控制上mos管和下mos管的通断，所述储能单元向所述上mos管的漏极供电，所述上mos管的源极与下mos管的漏极通过控制电路连接，所述下mos管的源极接地，所述第一线圈的第一端连接在所述第一半桥驱动电路的控制电路上，所述第二线圈的第一端连接在所述第二半桥驱动电路的控制电路上，所述第一线圈的第二端、所述第二线圈的第二端均用于接地或者与储能单元连接。

7.如权利要求1所述的电磁阀驱动器，其特征在于，还包括：储能保护电路，用于实时监测第一半桥驱动电路和/或第二半桥驱动电路的电流信息，根据所述电流信息判断电磁阀的工作状态，且当所述工作状态为短路时，控制储能单元停止供电。

8.如权利要求7所述的电磁阀驱动器，其特征在于，所述储能保护电路将所述电流信息发送至处理器单元，所述处理器单元接收并保存所述电流信息。

9.一种液压支架控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的电磁阀驱动器。

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