一種壓力變送儀表在液壓支架中的應用

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、標準不一的問題,給出一種壓力變送儀表在液壓支架中的典型應用方法。在介紹該壓力變送器技術特點、使用方法的基礎上,給出液壓支架中所用壓力變送器的設計和使用方法。該方案已經完成工業(yè)試驗,試驗結果表明其結構簡單、運行穩(wěn)定,達到預期設定目標。
0引言
　　液壓支架是綜采工作面重要的“三機”設備之一,用于支撐采煤機割煤后的采空區(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,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、刮板輸送機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設備。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)實時性差、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的位置息息相關,位于采煤機后方的液壓支架需要及時、準確地完成推溜、支護頂板的操作。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，要實時監(jiān)測液壓支架的立柱壓力值,一臺液壓支架中要使用多個壓力傳感器。為對液壓支架的壓力傳感器進行標準、統(tǒng)一的處理，設計一種適用于液壓支架的壓力變送儀表,實時監(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技術特點及指標
 
　　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指標如表1所示,滿足對液壓支架立柱下腔壓力的實時監(jiān)測要求。
1.2維護及故障處理
　　壓力變送器運行后須對其基本性能進行定期檢查,校正零點。更換失效零件,排除故障,以保證變送器正常可靠運行,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,設計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總線通信時采用29bit為擴展幀。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行模數(shù)轉換,且在PLC程序中發(fā)現(xiàn)該數(shù)字量不穩(wěn)定時,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控制。在PLC控制字還應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,并進行聲光報警。
2.2壓力動態(tài)預測模型
　　綜采工作面液壓支架運行環(huán)境惡劣,動作時,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,設計基于專家知識系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)壓力動態(tài)預測方案,如圖2所示。在該動態(tài)預測方案中,根據(jù)專家知識系統(tǒng)進行壓力預設,設置預設壓力值,如果該壓力值滿足預設條件，則與輸出壓力值作為變頻控制輸入變量控制電機泵組,有電機泵組調整輸出壓力;如果不滿足預設條件，則調整專家知識算法,重新設置壓力預設值。
 
　　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)學模型,并基于模糊控制、神經網絡控制等智能控制方法對壓力值的獲取進行優(yōu)化設計，并輸出最優(yōu)的壓力預設值,
　　液壓支架動作時，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)、(伸側護，△p7)、(收側護,△p8)、(伸護幫，△p8)以及(收護幫，△p10),其中△p1一△p10可根據(jù)現(xiàn)場情況進行調整。將
 
　　其中，M為統(tǒng)計的液壓支架動作數(shù)據(jù),取值范圍為1~10;N為由專家知識系統(tǒng)設置的每一個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)預測模型,對液壓支架動作和為動作時的立柱下腔壓力值進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn):液壓支架未動作時,壓力變化標準方差約為0.4MPa,相鄰時刻最大壓力差值為1.2MPa;液壓支架動作時,立柱下腔壓力變化標準方差約為0.6MPa,相鄰時刻最大差值約為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,具體如表4所示。
 
4結語
　　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,在介紹其技術特點、主要技術指標、使用注意事項、維護及故障處理等關鍵內容的而基礎上,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，詳細分析了設計方案、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。所設計的方案已經完成工業(yè)試驗,結果表明該方案能夠準確檢測并穩(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,達到預期設計目標。