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試驗,試驗結果表明其結構簡單、運行穩定,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，保證頂板不發生坍塌等安全事故。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是液壓支架的核心,現有的液壓支架電液控制系統實時性差、可靠性低。綜采工作面作業長度為80~300m,所需液壓支架數量較多,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
　　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控制器傳送壓力數據,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轉換,且在PLC程序中發現該數字量不穩定時,有必要增加軟件濾波功能，保持該數據的穩定性,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生故障，PLC程序可直接監測并做出判斷,并進行聲光報警。
2.2壓力動態預測模型
　　綜采工作面液壓支架運行環境惡劣,動作時,液壓系統壓力的波動較為顯著。為減小壓力波動對液壓支架系統造成的影響,設計基于專家知識系統的液壓系統壓力動態預測方案,如圖2所示。在該動態預測方案中,根據專家知識系統進行壓力預設,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。
 
　　根據對液壓支架立柱下腔壓力值的分析,建立該壓力的數學模型,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化設計，并輸出最優的壓力預設值,
　　液壓支架動作時，液壓系統壓力變化為匹配為(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可根據現場情況進行調整。將
 
　　其中，M為統計的液壓支架動作數據,取值范圍為1~10;N為由專家知識系統設置的每一個液壓支架動作對壓力的影響系數。
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中，應用壓力變送器,并采用基于專家知識系統的壓力動態預測模型,對液壓支架動作和為動作時的立柱下腔壓力值進行統計分析，發現: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試驗,結果表明該方案能夠準確檢測并穩定液壓支架動作過程中的立柱下腔壓力值,使用安全、穩定,達到預期設計目標。