一种压力变送仪表在液压支架中的应用

摘要：针对综采工作面液压支架系统中使用的压力传感器较多、标准不一的问题,给出一种压力变送仪表在液压支架中的典型应用方法。在介绍该压力变送器技术特点、使用方法的基础上,给出液压支架中所用压力变送器的设计和使用方法。该方案已经完成工业试验,试验结果表明其结构简单、运行稳定,达到预期设定目标。
0引言
　　液压支架是综采工作面重要的“三机”设备之一,用于支撑采煤机割煤后的采空区，保证顶板不发生坍塌等安全事故。液压支架在综采工作面的分布与其长度有关,一.般架数为80~170架，液压支架中心距分为1.5m、1.75m两种。液压支架为综采工作面的采煤机、刮板输送机以及操作人员提供安全作业空间,是煤矿井下不可或缺的支护设备。液压支架电液控制系统是液压支架的核心,现有的液压支架电液控制系统实时性差、可靠性低。综采工作面作业长度为80~300m,所需液压支架数量较多,液压支架的动作与采煤机的位置息息相关,位于采煤机后方的液压支架需要及时、准确地完成推溜、支护顶板的操作。液压支架在采煤工艺过程中要完成降柱、抬底、移架、落底、升柱、推溜等过程，要实时监测液压支架的立柱压力值,一台液压支架中要使用多个压力传感器。为对液压支架的压力传感器进行标准、统一的处理，设计一种适用于液压支架的压力变送仪表,实时监测液压支架动作过程中的压力值,并保证动作的精度。
1压力变送仪表介绍
1.1技术特点及指标
 
　　用于液压支架电液控制系统的压力变送器选用的压力变送器的主要技术指标如表1所示,满足对液压支架立柱下腔压力的实时监测要求。
1.2维护及故障处理
　　压力变送器运行后须对其基本性能进行定期检查,校正零点。更换失效零件,排除故障,以保证变送器正常可靠运行,常见故障如表2所示。
 
2液压支架压力变送器方案
2.1PLC控制系统
　　针对压力变送器,设计综采工作面的液压支架压力变送器方案,如图1所示,将同一台液压支架的压力变送器看作一个整体,以CAN通信的方式与PLC控制器传送压力数据,每一个压力变送器的输出信号都为4~20mA的电流信号。
　　PLC控制器与安装在一台液压支架上的压力传感器组的CAN总线协议如表3所示(部分),定义压力传感器组的CAN总线通信ID为0X099,则其接收ID定义为(0X180+0X99).(0X280+0X99)、(0X380+0X99)等;发送ID定义为(0X190+0X99)、(0X290+0X99)等。PLC控制器与压力传感器组CAN总线通信时采用29bit为扩展帧。由于CAN总线通信距离短,因此通信波特率定义为1000kbps。
 
　　压力变送器输出信号为4~20mA的电流信号,PLC控制器需对该模拟信号进行模数转换,且在PLC程序中发现该数字量不稳定时,有必要增加软件滤波功能，保持该数据的稳定性,保证对液压支架动作的精准控制。在PLC控制字还应增加对该压力变送器输入信号有效性的判断,即若该压力变送器本身发生故障，PLC程序可直接监测并做出判断,并进行声光报警。
2.2压力动态预测模型
　　综采工作面液压支架运行环境恶劣,动作时,液压系统压力的波动较为显著。为减小压力波动对液压支架系统造成的影响,设计基于专家知识系统的液压系统压力动态预测方案,如图2所示。在该动态预测方案中,根据专家知识系统进行压力预设,设置预设压力值,如果该压力值满足预设条件，则与输出压力值作为变频控制输入变量控制电机泵组,有电机泵组调整输出压力;如果不满足预设条件，则调整专家知识算法,重新设置压力预设值。
 
　　根据对液压支架立柱下腔压力值的分析,建立该压力的数学模型,并基于模糊控制、神经网络控制等智能控制方法对压力值的获取进行优化设计，并输出最优的压力预设值,
　　液压支架动作时，液压系统压力变化为匹配为(动作,压力变化值),即有(升柱,△p1)、(降柱,△p2)、(推移，△p3)、(拉架,△p4)、(抬底,△p5)、(落底,△p6)、(伸侧护，△p7)、(收侧护,△p8)、(伸护帮，△p8)以及(收护帮，△p10),其中△p1一△p10可根据现场情况进行调整。将
 
　　其中，M为统计的液压支架动作数据,取值范围为1~10;N为由专家知识系统设置的每一个液压支架动作对压力的影响系数。
3使用分析
　　在煤矿井~下综采工作面液压支架电液控制系统中，应用压力变送器,并采用基于专家知识系统的压力动态预测模型,对液压支架动作和为动作时的立柱下腔压力值进行统计分析，发现:液压支架未动作时,压力变化标准方差约为0.4MPa,相邻时刻最大压力差值为1.2MPa;液压支架动作时,立柱下腔压力变化标准方差约为0.6MPa,相邻时刻最大差值约为1.5MPa,即采用该方案后,液压支架动作/未动作立柱下腔压力值变化范围不大,在可接受范围之内,具体如表4所示。
 
4结语
　　以综采工作面液压支架中所使用的压力传感器为研究对象,在介绍其技术特点、主要技术指标、使用注意事项、维护及故障处理等关键内容的而基础上,给出该压力传感器在综采工作面一台液压支架中的典型使用方法，详细分析了设计方案、PLC控制器与一台液压支架压力传感器组的CAN通信协议格式定义以及PLC控制器对其模拟量的处理过程。所设计的方案已经完成工业试验,结果表明该方案能够准确检测并稳定液压支架动作过程中的立柱下腔压力值,使用安全、稳定,达到预期设计目标。