一種壓力變送儀表在液壓支架中的應(yīng)用

摘要：針對綜采工作面液壓支架系統(tǒng)中使用的壓力傳感器較多、標(biāo)準(zhǔn)不一的問題,給出一種壓力變送儀表在液壓支架中的典型應(yīng)用方法。在介紹該壓力變送器技術(shù)特點(diǎn)、使用方法的基礎(chǔ)上,給出液壓支架中所用壓力變送器的設(shè)計(jì)和使用方法。該方案已經(jīng)完成工業(yè)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)到預(yù)期設(shè)定目標(biāo)。
0引言
　　液壓支架是綜采工作面重要的“三機(jī)”設(shè)備之一,用于支撐采煤機(jī)割煤后的采空區(qū)，保證頂板不發(fā)生坍塌等安全事故。液壓支架在綜采工作面的分布與其長度有關(guān),一.般架數(shù)為80~170架，液壓支架中心距分為1.5m、1.75m兩種。液壓支架為綜采工作面的采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及操作人員提供安全作業(yè)空間,是煤礦井下不可或缺的支護(hù)設(shè)備。液壓支架電液控制系統(tǒng)是液壓支架的核心,現(xiàn)有的液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性差、可靠性低。綜采工作面作業(yè)長度為80~300m,所需液壓支架數(shù)量較多,液壓支架的動作與采煤機(jī)的位置息息相關(guān),位于采煤機(jī)后方的液壓支架需要及時(shí)、準(zhǔn)確地完成推溜、支護(hù)頂板的操作。液壓支架在采煤工藝過程中要完成降柱、抬底、移架、落底、升柱、推溜等過程，要實(shí)時(shí)監(jiān)測液壓支架的立柱壓力值,一臺液壓支架中要使用多個(gè)壓力傳感器。為對液壓支架的壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的處理，設(shè)計(jì)一種適用于液壓支架的壓力變送儀表,實(shí)時(shí)監(jiān)測液壓支架動作過程中的壓力值,并保證動作的精度。
1壓力變送儀表介紹
1.1技術(shù)特點(diǎn)及指標(biāo)
 
　　用于液壓支架電液控制系統(tǒng)的壓力變送器選用的壓力變送器的主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示,滿足對液壓支架立柱下腔壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)測要求。
1.2維護(hù)及故障處理
　　壓力變送器運(yùn)行后須對其基本性能進(jìn)行定期檢查,校正零點(diǎn)。更換失效零件,排除故障,以保證變送器正常可靠運(yùn)行,常見故障如表2所示。
 
2液壓支架壓力變送器方案
2.1PLC控制系統(tǒng)
　　針對壓力變送器,設(shè)計(jì)綜采工作面的液壓支架壓力變送器方案,如圖1所示,將同一臺液壓支架的壓力變送器看作一個(gè)整體,以CAN通信的方式與PLC控制器傳送壓力數(shù)據(jù),每一個(gè)壓力變送器的輸出信號都為4~20mA的電流信號。
　　PLC控制器與安裝在一臺液壓支架上的壓力傳感器組的CAN總線協(xié)議如表3所示(部分),定義壓力傳感器組的CAN總線通信ID為0X099,則其接收ID定義為(0X180+0X99).(0X280+0X99)、(0X380+0X99)等;發(fā)送ID定義為(0X190+0X99)、(0X290+0X99)等。PLC控制器與壓力傳感器組CAN總線通信時(shí)采用29bit為擴(kuò)展幀。由于CAN總線通信距離短,因此通信波特率定義為1000kbps。
 
　　壓力變送器輸出信號為4~20mA的電流信號,PLC控制器需對該模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,且在PLC程序中發(fā)現(xiàn)該數(shù)字量不穩(wěn)定時(shí),有必要增加軟件濾波功能，保持該數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,保證對液壓支架動作的精準(zhǔn)控制。在PLC控制字還應(yīng)增加對該壓力變送器輸入信號有效性的判斷,即若該壓力變送器本身發(fā)生故障，PLC程序可直接監(jiān)測并做出判斷,并進(jìn)行聲光報(bào)警。
2.2壓力動態(tài)預(yù)測模型
　　綜采工作面液壓支架運(yùn)行環(huán)境惡劣,動作時(shí),液壓系統(tǒng)壓力的波動較為顯著。為減小壓力波動對液壓支架系統(tǒng)造成的影響,設(shè)計(jì)基于專家知識系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)壓力動態(tài)預(yù)測方案,如圖2所示。在該動態(tài)預(yù)測方案中,根據(jù)專家知識系統(tǒng)進(jìn)行壓力預(yù)設(shè),設(shè)置預(yù)設(shè)壓力值,如果該壓力值滿足預(yù)設(shè)條件，則與輸出壓力值作為變頻控制輸入變量控制電機(jī)泵組,有電機(jī)泵組調(diào)整輸出壓力;如果不滿足預(yù)設(shè)條件，則調(diào)整專家知識算法,重新設(shè)置壓力預(yù)設(shè)值。
 
　　根據(jù)對液壓支架立柱下腔壓力值的分析,建立該壓力的數(shù)學(xué)模型,并基于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制方法對壓力值的獲取進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并輸出最優(yōu)的壓力預(yù)設(shè)值,
　　液壓支架動作時(shí)，液壓系統(tǒng)壓力變化為匹配為(動作,壓力變化值),即有(升柱,△p1)、(降柱,△p2)、(推移，△p3)、(拉架,△p4)、(抬底,△p5)、(落底,△p6)、(伸側(cè)護(hù)，△p7)、(收側(cè)護(hù),△p8)、(伸護(hù)幫，△p8)以及(收護(hù)幫，△p10),其中△p1一△p10可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整。將
 
　　其中，M為統(tǒng)計(jì)的液壓支架動作數(shù)據(jù),取值范圍為1~10;N為由專家知識系統(tǒng)設(shè)置的每一個(gè)液壓支架動作對壓力的影響系數(shù)。
3使用分析
　　在煤礦井~下綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)中，應(yīng)用壓力變送器,并采用基于專家知識系統(tǒng)的壓力動態(tài)預(yù)測模型,對液壓支架動作和為動作時(shí)的立柱下腔壓力值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn):液壓支架未動作時(shí),壓力變化標(biāo)準(zhǔn)方差約為0.4MPa,相鄰時(shí)刻最大壓力差值為1.2MPa;液壓支架動作時(shí),立柱下腔壓力變化標(biāo)準(zhǔn)方差約為0.6MPa,相鄰時(shí)刻最大差值約為1.5MPa,即采用該方案后,液壓支架動作/未動作立柱下腔壓力值變化范圍不大,在可接受范圍之內(nèi),具體如表4所示。
 
4結(jié)語
　　以綜采工作面液壓支架中所使用的壓力傳感器為研究對象,在介紹其技術(shù)特點(diǎn)、主要技術(shù)指標(biāo)、使用注意事項(xiàng)、維護(hù)及故障處理等關(guān)鍵內(nèi)容的而基礎(chǔ)上,給出該壓力傳感器在綜采工作面一臺液壓支架中的典型使用方法，詳細(xì)分析了設(shè)計(jì)方案、PLC控制器與一臺液壓支架壓力傳感器組的CAN通信協(xié)議格式定義以及PLC控制器對其模擬量的處理過程。所設(shè)計(jì)的方案已經(jīng)完成工業(yè)試驗(yàn),結(jié)果表明該方案能夠準(zhǔn)確檢測并穩(wěn)定液壓支架動作過程中的立柱下腔壓力值,使用安全、穩(wěn)定,達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。