单体液压支柱动 (静)态检测系统设计与实现

秦海忠,吴志刚

(1.晋城煤业集团成庄矿,山西晋城 048021;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013)

单体液压支柱动 (静)态检测系统设计与实现

秦海忠1,吴志刚2

(1.晋城煤业集团成庄矿,山西晋城 048021;2.天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京 100013)

Design and Realization of Dynam ic(static)Detection System for Hydraulic Prop

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。提出一种新型单体液压支柱动 (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。

单体液压支柱;监测系统;动态;单片机

单体液压支柱性能的优劣直接关系到顶板的支护安全,而影响支柱质量的因素主要是密封性能。为保证单体液压支柱工作面的支护质量,首要问题是下井的支柱密封性能要达到规定的标准。目前,煤矿上单体液压支柱检修单位在检修好的单体支柱保压试验时大部分都采用了专用仪器。从产品型号来分有 DK22A,DK22B,DK22C型单体液压支柱密封质量检测仪和 KJDT21,KJDT22型高性能单体液压支柱保压性能检测仪。从功能上看,DK系列的检测仪都是以固定的 15只传感器为一套仪器,且 15只传感器必须在同一时刻开始保压检测,即等待所有被测支柱均被注完液后,通过计算机键盘或专用键盘按键后,检测仪才开始检测,造成第 1棵支柱与最后一棵支柱有较长的时间差,检测过程中不知道每棵支柱的当前压力。KJDT21型监测仪克服了上述的时间差缺陷,能自动识别初压,在计算机控制下每棵支柱可进行单独计时检测,且具有就地动态压力显示和检测不合格声光报警功能,是DK系列检测仪的换代产品。KJDT22型智能控制器内部有时钟,能够显示降压百分比和检测时间[1]。

上述各种单体液压支柱检测系统,只能进行静态的高、低压密封质量检测,不能在单体液压支柱全长断面动态检测,不能很好地满足煤矿单体液压支柱检测的要求。单体液压支柱动 (静)态检测系统,能够全长断面进行密封质量检测,对动态检测结果不确定的点,进行静态检测,较好地满足煤矿检测的需求。该检测系统,直接检测单体液压支柱油缸的压力,避免钢弦式传感器、应变式传感器等测力传感器对检测结果的影响。采用进口压力传感器芯体,检测效果大大增强,能够快速、准确、定量地检测单体液压支柱密封质量。

1 系统原理

该系统由动 (静)态监测仪、油管、恒压力控制阀、电动泵、完好单体支柱等组成。具体监测过程如图 1所示:电动泵以恒压力、恒流量的方式给完好的单体液压支柱加压,测量被检测单体液压支柱压力,如果被检测单体液压支柱压力下降较多,而完好的单体液压支柱压力未下降,说明被测单体液压支柱此时密封质量不好,如果被测单体液压支柱压力和完好单体液压支柱的压力同时下降,说明被测单体液压支柱的压力控制阀打开,属于完好测试过程。根据两个单体液压支柱的压力 -时间曲线,可以判断特定位置的密封质量好坏。同时本系统能够对具体位置进行静态测量 (此时仅需要在动 (静)态监测仪按一下开关就行)。

图1 动态检测系统原理

2 系统结构

单体液压支柱动 (静)态检测系统由动 (静)态监测仪、数据传输电缆、计算机、PCI接口的CAN通信卡等组成,主要特点是系统采用 CAN通信,动 (静)态监测仪采用进口芯体,具有 CAN通信协议的智能变送器,计算机通过内部的 CAN通信卡和检测仪进行数据交换。系统具有高可靠性、高速度、多功能,扩展性强等优点。所有检测仪均通过 1根 4芯电缆串接,与微机构成计算机监测系统,仪器连线十分方便。

CAN总线即控制局域网络,是公认为最有前途的现场总线技术之一。其优点有:高性能、高可靠性、实时性、灵活性及独特的设计;CAN总线为多主从方式工作,网络上的节点不分主从,通信方式灵活,有很好的扩展性;当通信发生冲突时, CAN总线采用非破坏总线仲裁技术,媒体访问机制采用带有优先级的具碰撞检测之载波感应多重存取方式 (CS/CD),优先级较低的节点会主动退出通信,这样可以大大地提高通信的可靠性,即使是在网络负载很重的情况下也不会出现网络瘫痪的情况;智能节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他的节点操作不受影响; CAN总线采用的信息格式为短帧结构,网络上的节点信息分成不同的优先级[2]。以上的这些优点很适合单体液压支柱检测系统的要求。

总线智能传感器是现代传感器的一个重要发展方向,其能够单独构成一个系统,进行智能控制,也可并入其他网络组成一个更大的系统,满足复杂监测控制的需要。总线智能传感器很好地满足了液压单体支柱的检测系统运行可靠、安装灵活方便、精度高、互换性强、方便组网等优点。

2.1 PCI接口的CAN通信卡

PCI接口的 CAN通信卡,直接插入计算机的PCI插槽内,保证数据传输的可靠性和准确性。主要技术指标为支持CAN2.0A和CAN2.0B协议,与ISO11898兼容;波特率可编程,最高 1Mbps;即插即用,资源自动分配;CAN通信接口隔离电压为 1000V;CAN总线接口为DB9针式插座,符合C IA标准;外形尺寸 130mm×85mm;工作温度 0～70℃;电源功耗DC5V@200mA。

2.2 动 (静)态监测仪

动 (静)态监测仪,采用进口压力芯体,具有耐冲击、耐腐蚀、精度高、可靠性强等优点。既能进行动态检测,又能进行静态检测。动态监测时,进行高速 A/D转换和数据传输;静态检测监测时,3位数码管显示,自动报警功能。

技术指标:内置CAN协议,支持CAN2.0A和CAN2.0B协议;高性能 16位单片机;∑-△自校正A/D转换芯片;CAN通信接口隔离电压为1000V;测量精度 ±0.05MPa;分辨率 0.05 MPa。

2.3 系统软件

系统软件主要对各个传感器的数据采集、存储、分析。具有自诊断功能,能够判断何处的传感器通讯不成功。主要功能模块包括:用户权限管理子系统;动态检测子系统;静态检测子系统;历史数据管理子系统;工作参数设定子系统。

(1)用户权限管理子系统 用户权限管理子系统用于设定不同用户的操作权限和登录密码。

(2)动态检测子系统 动态检测子系统用于接收动 (静)态监测仪的实时数据,显示全部监测仪实时数据和曲线,并将实时数据存入数据库。同时根据动态检测原理进行压力比较、判断,对不合格的单体液压支柱报警显示。

(3)静态检测子系统 根据动态监测结果,对不确定的断面,根据《矿用单体液压支柱》密封质量监测的要求,进行密封质量检测,进一步确定单体液压支柱的可靠性。

(4)历史数据管理子系统 历史数据管理子系统根据用户设定的条件,如时间点和设备点等,显示某个单体液压支柱检测数据以曲线或列表的方式显示并打印,并可生成各种形式的报表。

(5)工作参数设定子系统 工作参数设定子系统,只允系统管理员进行操作。主要功能:根据实际设定动态或静态监测系统。根据实际需要,设定系统巡检周期。

3 结束语

单体液压支柱动 (静)态检测系统,能够对单体液压支柱全长度进行动态监测,静态检测既可以进一步校验动态检测的合理性,又可以单独作为单体液压支柱密封质量检测系统使用,通过计算机输入检测仪的常数和一些参数,初始化检测仪,总线智能检测仪能够检测压力、计算、判断、显示等,即使断电再上电后,也不需要再初始化,直接进入正常检测,可独立工作。如在设定的时间内降压百分比超过设定值,则发出声光报警信号。单体液压支柱动 (静)态检测系统能够较好地满足煤矿单体液压支柱检测的要求。

[1]李玉华,郑淑丽,等 .付村煤矿单体支柱密封保压检测仪的设计及应用 [J].山东科技大学学报 (自然科学版),2003 (2):69-71.

[2]刘浚峰,魏学业.一种基于CAN总线的铁路信号灯自动安全监测系统研究 [J].北方交通大学学报,2003(6):44-47.

[责任编辑:王兴库]

TD355.3

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2010-06-08

秦海忠 (1970-),男,山西高平人,工程硕士,工程师,主要从事煤矿生产技术开发与管理。