液壓支架控制器自動(dòng)化檢測(cè)裝置研究

黃小逸

[摘 要]液壓支架電液控制是實(shí)現(xiàn)煤礦開采由機(jī)械化向自動(dòng)化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵技術(shù)，液壓支架電液控制系統(tǒng)已成為煤礦先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。隨著液壓支架電液控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，每年有幾十套液壓支架電液控制系統(tǒng)投入使用，對(duì)應(yīng)的要開發(fā)專用的液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件，并需對(duì)系統(tǒng)軟件的可靠性進(jìn)行測(cè)試，但是目前測(cè)試手段落后，測(cè)試效率低，不能滿足液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展的要求?；诖?，本文就液壓支架控制器自動(dòng)化檢測(cè)裝置進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]液壓支架；控制器；自動(dòng)化；檢測(cè)裝置

中圖分類號(hào)：TD355.4；TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）03-0106-01

1 引言

針對(duì)煤礦液壓支架控制器檢測(cè)過程中存在測(cè)試效率較低的問題，設(shè)計(jì)了一種液壓支架控制器自動(dòng)化檢測(cè)裝置。該裝置實(shí)現(xiàn)了液壓支架控制器功能、性能和可靠性的自動(dòng)檢測(cè)，提高了液壓支架控制器的檢測(cè)效率、軟件適應(yīng)性能和產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。

2 支架控制器基本工作原理

2.1 支架控制器組成

支架控制器作為液壓支架電液控制系統(tǒng)的核心部件，其電路組成如圖1所示。支架控制器主要包括人機(jī)交互單元、數(shù)據(jù)采集單元、電磁驅(qū)動(dòng)單元、通信單元、存儲(chǔ)單元和電源單元等。人機(jī)交互單元包括鍵盤、急停/閉鎖開關(guān)控制、顯示器電路等；數(shù)據(jù)采集單元完成傳感器數(shù)據(jù)采集，配置的傳感器包括壓力傳感器、行程傳感器和傾角傳感器等，用于檢測(cè)液壓支架的頂板壓力、推移行程和液壓支架的姿態(tài)。電磁驅(qū)動(dòng)電路輸出功率型開關(guān)信號(hào)控制電磁鐵動(dòng)作，電磁鐵的上電沖擊電流為120～180mA，保持電流不小于70mA。支架控制器可以與左右鄰架和遠(yuǎn)端支架控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過CAN總線、RS485和RS232等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交換。存儲(chǔ)單元包括非易失性的數(shù)據(jù)掉電存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)支架控制程序參數(shù)，并使其掉電后不丟失。

2.2 支架控制器工作原理

通過支架控制器的操作鍵盤發(fā)出支架控制指令，并通過支架控制器的通信單元將控制命令發(fā)送到受控支架的支架控制器上，受控支架的支架控制器接收到支架動(dòng)作控制指令后，通過控制相應(yīng)的I/O單元狀態(tài)翻轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)支架動(dòng)作油缸對(duì)應(yīng)的電磁鐵動(dòng)作，通過電磁鐵將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電磁鐵銜鐵頂桿行程頂出的機(jī)械信號(hào)，然后控制打開先導(dǎo)閥，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，再通過主閥將液壓信號(hào)放大，推動(dòng)油缸動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)液壓支架的動(dòng)作。通過編制支架控制器應(yīng)用程序，可以實(shí)現(xiàn)支架的單動(dòng)作控制和程序控制等功能。通過液壓支架上安裝的傳感器將液壓支架動(dòng)作的狀態(tài)信息反饋給支架控制器，從而實(shí)現(xiàn)液壓支架動(dòng)作的自動(dòng)控制。

3 支架控制器自動(dòng)化檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

3.1 鍵盤按鍵自動(dòng)檢測(cè)

按鍵自動(dòng)檢測(cè)裝置由托架、氣動(dòng)油缸、控制電路、頂桿、彈簧、測(cè)頭等組成。頂桿、彈簧、測(cè)頭構(gòu)成一個(gè)按鍵組件，通過托架將按鍵組件定位，并通過螺帽鎖定，托架還起著對(duì)按鍵組件的支撐導(dǎo)向作用，托架的另一端固定在氣動(dòng)油缸上。當(dāng)控制電路控制氣動(dòng)油缸活塞的伸出和收回時(shí)，通過托架壓縮彈簧給鍵盤按鍵施加壓力，氣缸行程為2～15mm，調(diào)整彈簧力度使其按鍵操作力不小于0.5N。測(cè)頭為具有彈性的硬橡膠，以防止試驗(yàn)時(shí)操作機(jī)構(gòu)對(duì)鍵盤按鍵造成機(jī)械損傷?？刂齐娐芬訟RM7為核心，通過編程，控制電路可以控制氣缸伸出或收回，以實(shí)現(xiàn)對(duì)支架控制器鍵盤的自動(dòng)按鍵操作。通過編程，控制電路可以精確控制測(cè)頭按鍵延時(shí)，實(shí)現(xiàn)鍵盤的雙鍵連鎖控制、多鍵順序控制和單鍵持續(xù)按鍵操作，以滿足支架控制器操作需求，同時(shí)還可以對(duì)鍵盤進(jìn)行連續(xù)操作并計(jì)數(shù)，完成對(duì)鍵盤的壽命試驗(yàn)。

3.2 顯示單元自動(dòng)檢測(cè)

顯示單元主要包括OLED點(diǎn)陣式顯示器和LED指示燈，使用視頻圖像識(shí)別的方法可以實(shí)現(xiàn)顯示單元的自動(dòng)檢測(cè)，通過測(cè)試程序?qū)LED顯示屏陣列像素全部點(diǎn)亮或全部關(guān)閉。通過對(duì)視頻圖像識(shí)別對(duì)比，可以確定OLED是否有像素?fù)p壞；通過對(duì)圖像的灰度識(shí)別，可以確定其亮度是否滿足顯示器的技術(shù)要求。通過編制跑馬燈測(cè)試程序，使用視頻圖像識(shí)別方法可以測(cè)定LED指示燈的工作狀態(tài)與亮度是否滿足要求。

3.3 傳感器信號(hào)輸入單元自動(dòng)檢測(cè)

傳感器輸入信號(hào)有數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，采用D/A電路進(jìn)行模擬信號(hào)輸入，采用CAN總線、RS232等接口電路進(jìn)行數(shù)字信號(hào)輸入。在檢測(cè)裝置中構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源電路，將支架控制器采集到的信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，確定支架控制器傳感器采集電路的采樣精度和采樣速度是否滿足技術(shù)要求。另外，還可以模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)，通過現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行傳感器數(shù)據(jù)識(shí)別在不同工況下支架控制器軟件是否滿足要求，將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的壓力、行程、傾角傳感器數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫形式保存在計(jì)算機(jī)上，通過計(jì)算機(jī)的RS485接口將傳感器數(shù)據(jù)下載到檢測(cè)裝置。在檢測(cè)支架控制器自動(dòng)化控制功能時(shí)，當(dāng)支架動(dòng)作時(shí)，自動(dòng)檢查對(duì)應(yīng)的傳感器數(shù)據(jù)，并通過模擬量D/A通道或數(shù)字傳輸通道，將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)街Ъ芸刂破鲗?duì)應(yīng)的端口上去，該項(xiàng)功能可以在工作面出現(xiàn)頂板破碎、底板松軟等工況時(shí)檢查支架控制器軟件的應(yīng)對(duì)措施是否有效，判斷支架控制器軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力。

3.4 電磁驅(qū)動(dòng)單元自動(dòng)檢測(cè)

電磁驅(qū)動(dòng)單元的輸出為功率型輸出，負(fù)載為電磁鐵，是一個(gè)3000～4000匝、電阻為100～120Ω的感性負(fù)載，電磁鐵的額定電壓為12V，額定電流為120～180mA，負(fù)載功率為2～3W。電磁驅(qū)動(dòng)電路模擬檢測(cè)系統(tǒng)如圖2所示，檢測(cè)裝置使用100Ω/3W電阻及電感線圈作為模擬負(fù)載，并構(gòu)建旁路檢測(cè)電路，使用高精密電阻檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載電流，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)行測(cè)試。通過測(cè)試程序把指定的電磁驅(qū)動(dòng)指令發(fā)送給檢測(cè)裝置，檢測(cè)裝置讀取對(duì)應(yīng)的電磁驅(qū)動(dòng)檢測(cè)單元，判定電磁驅(qū)動(dòng)端口線路是否正確，對(duì)支架控制器的電磁驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)行測(cè)試。另外，還可以通過編制測(cè)試程序，循環(huán)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路的壽命試驗(yàn)，檢測(cè)功率型器件的耗散功率是否滿足系統(tǒng)可靠性要求。

3.5 通信單元自動(dòng)檢測(cè)

通過在支架控制器之間搭建通信檢測(cè)電路偵聽支架控制器之間的通信信號(hào)，將支架控制器發(fā)送信號(hào)、接收信號(hào)與偵聽信號(hào)進(jìn)行對(duì)照，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩G包率、傳輸延時(shí)、最大負(fù)荷承載能力及正常工作狀態(tài)下通信鏈路上的負(fù)荷、占空比，對(duì)通信電路傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語

采用支架控制器自動(dòng)化檢測(cè)裝置將被測(cè)系統(tǒng)與測(cè)試系統(tǒng)融合在一起，將測(cè)試用例數(shù)字化、流程化，并融合在整個(gè)測(cè)試過程中，解決了以往人工操作無法檢驗(yàn)支架控制器軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)能力的問題。支架控制器自動(dòng)化檢測(cè)裝置的應(yīng)用不但提高了支架控制器及其軟件的測(cè)試效率，提升了支架控制器產(chǎn)品測(cè)試質(zhì)量，而且還可以通過測(cè)試數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在的設(shè)計(jì)問題。

參考文獻(xiàn)

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