導(dǎo)語：電液控制系統(tǒng)測試平臺(tái)設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：根據(jù)煤礦需求，設(shè)計(jì)液壓支架電液控制系統(tǒng)測試平臺(tái)。平臺(tái)主要由功能測控系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)構(gòu)成。測控系統(tǒng)采用分布式I/O站結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)液壓支架模擬、狀態(tài)監(jiān)測和控制功能?；赪inCC的人機(jī)交互系統(tǒng)為系統(tǒng)的指令輸入和測試結(jié)果顯示提供平臺(tái)，并搭建試驗(yàn)平臺(tái)對系統(tǒng)的立柱壓力控制性響應(yīng)時(shí)間和推移時(shí)間精度進(jìn)行了監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：液壓支架；電液控制；測試平臺(tái)

1概況

馬道頭煤礦N8206工作面3#煤層底板起伏不大，煤層傾角1°~3°，平均1.5°。工作面里程110~120m受斷層DF112（H=0~25m）影響，煤層底板標(biāo)高從巷道開口+1100m下降至+1060m，隨后煤層底板賦存較為穩(wěn)定，工作面中部區(qū)域煤層近水平，最后逐漸下沉直至切巷+1050m。N8206工作面綜采液壓支架采用電液控制系統(tǒng)，為了保證電液控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，設(shè)計(jì)研究系統(tǒng)測試平臺(tái)，完成系統(tǒng)功能和穩(wěn)定性測試。

2液壓支架電液測控系統(tǒng)測試平臺(tái)總體架構(gòu)

馬道頭煤礦針對液壓支架進(jìn)行的電液系統(tǒng)測試平臺(tái)通過真實(shí)模擬井下液壓支架關(guān)鍵參數(shù)，將該數(shù)據(jù)組作為系統(tǒng)測試平臺(tái)的輸入?yún)?shù)，得出測試各項(xiàng)功能的圖形或數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)液壓支架運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。液壓支架的立柱壓力和推移千斤頂?shù)耐埔菩谐讨凳菧y試平臺(tái)監(jiān)測的重要功能，通過傳感器采集立柱壓力，經(jīng)系統(tǒng)分析處理實(shí)現(xiàn)立柱壓力的閉環(huán)反饋控制；系統(tǒng)對比推移千斤頂?shù)膶?shí)際推移行程和監(jiān)測行程，實(shí)現(xiàn)液壓支架推移功能測試；設(shè)計(jì)人機(jī)交互系統(tǒng)[1-6]，為系統(tǒng)功能測試提供控制信號輸入與測試結(jié)果顯示平臺(tái)。液壓支架電液測控系統(tǒng)測試平臺(tái)[7-10]主要是對馬道頭N8206工作面液壓支架自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能性和穩(wěn)定性進(jìn)行測試，平臺(tái)總體框架可以分為兩大部分：功能測控系統(tǒng)和上位機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)。功能測控系統(tǒng)以西門子S7-300可編程控制器為控制中心，主要負(fù)責(zé)對液壓支架狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、輸入指令的處理以及計(jì)算結(jié)果的輸出等；人機(jī)交互系統(tǒng)提供系統(tǒng)的指令輸入通道以及測控結(jié)果的顯示等，兩部分功能相互依托，完成系統(tǒng)測試。平臺(tái)總體架構(gòu)示意圖如圖1。測控系統(tǒng)包括S7-300PLC和ET200M分布式I/O站，接收各類傳感器、信號控制閥門等將信號輸出到各類通訊模塊、數(shù)字量和模擬量輸入模塊等，控制器完成信號處理輸出到信號輸出模塊，實(shí)現(xiàn)測試平臺(tái)液壓油源和液壓支架實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)測。人機(jī)交互系統(tǒng)是基于WinCC建立的，與測控系統(tǒng)的信息通訊采用TCP/IP協(xié)議，在人機(jī)交互界面上顯示各測量傳感器和模塊的測量數(shù)據(jù)以及測控結(jié)果，另外還會(huì)對測控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)調(diào)用理論函數(shù)進(jìn)行處理，將結(jié)果量反饋到控制器或顯示器上，再者人機(jī)交互系統(tǒng)還具有歷史數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)波動(dòng)分析等功能。

3液壓支架電液測控系統(tǒng)測試平臺(tái)設(shè)計(jì)

（1）硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測控系統(tǒng)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)分為液壓支架模擬系統(tǒng)和測控系統(tǒng)兩大部分。中央控制主機(jī)通過信息采集與通訊系統(tǒng)，獲取液壓支架實(shí)時(shí)狀態(tài)，并對液壓支架模擬系統(tǒng)發(fā)出控制命令，使液壓支架模擬系統(tǒng)模擬真實(shí)液壓支架狀態(tài)。液壓支架模擬系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)礦井液壓支架的液壓、電氣和比例模擬等系統(tǒng)功能；測控系統(tǒng)監(jiān)測支架控制器輸出端口的輸出電壓，獲取傳感系統(tǒng)的傳感數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)測試平臺(tái)的立柱壓力及推移千斤頂?shù)纳炜s速度。硬件組成如圖2。測控裝置是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核心，設(shè)計(jì)采用分布式I/O站結(jié)構(gòu)，硬件由6組試驗(yàn)臺(tái)架構(gòu)成，將西門子S7-300PLC設(shè)為DP主站，主要負(fù)責(zé)對液壓支架液壓油源監(jiān)測。6組臺(tái)架分別采用ET200M作為DP從站，負(fù)責(zé)對平臺(tái)的主要狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集。（2）人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于WinCC的人機(jī)交互系統(tǒng)采集測控裝置各模塊和傳感器的輸出信號，將信息依托通訊通道輸入到上位機(jī)，WinCC將上位機(jī)接收到的信息做二次傳感融合處理，將結(jié)果進(jìn)行組態(tài)顯示。另外，操作人員的指令輸入也是通過人機(jī)交互界面完成，接收到輸入指令的人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算、對比等處理，按照設(shè)定流程對測孔裝置輸出控制信號，完成整個(gè)液壓支架電液控制系統(tǒng)的測試。人機(jī)交互畫面真實(shí)組態(tài)顯示馬道頭煤礦N8206工作面液壓支架電液監(jiān)控測試平臺(tái)的畫面，主畫面主要顯示液壓支架監(jiān)控的關(guān)鍵參數(shù)，包括液壓泵壓力和流量以及趨勢曲線等，控制立柱壓力、推移行程、執(zhí)行動(dòng)作、設(shè)定壓力和設(shè)定速度等數(shù)值。圖2液壓支架電液測控系統(tǒng)測試平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)圖

4應(yīng)用效果

馬道頭煤礦為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的液壓支架電液控制系統(tǒng)測試平臺(tái)的應(yīng)用效果，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了系統(tǒng)搭建，并配合液壓支架進(jìn)行測試平臺(tái)功能校驗(yàn)。主要測試平臺(tái)的立柱壓力控制性功能和推移時(shí)間控制功能。立柱壓力控制功能測試方法為：液壓支架調(diào)整到升柱狀態(tài)持續(xù)改變目標(biāo)壓力，系統(tǒng)測試控制液壓支架的實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力進(jìn)行對比，分別形成壓力調(diào)整曲線。通過對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)鏈接庫的調(diào)用，將實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力的壓力差和偏差率作為輸入量，輸入到PID控制器中，通過計(jì)算得到控制電壓比例參數(shù)的調(diào)整，直至立柱實(shí)際壓力與目標(biāo)壓力偏差在允許范圍內(nèi)。測試平臺(tái)立柱壓力控制與響應(yīng)時(shí)間曲線如圖3。由圖3可以看出，壓力偏差波動(dòng)范圍很小，從16MPa到11MPa，測試響應(yīng)時(shí)間僅為0.6s，測試平臺(tái)的立柱壓力控制穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間迅速，滿足設(shè)計(jì)要求。推移時(shí)間控制功能主要測試液壓支架的千斤頂實(shí)際伸縮周期與系統(tǒng)設(shè)定的伸縮周期的時(shí)間差，測試方法為：通過進(jìn)行推移控制命令輸入，監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)定的推移時(shí)間與實(shí)際的推移時(shí)間的偏差，分析測試平臺(tái)的推移時(shí)間控制準(zhǔn)確性。在上位機(jī)上選定一組液壓支架，將推移時(shí)間設(shè)定為8.5s，規(guī)定液壓支架的推移千斤頂從收縮到再次完成推升的時(shí)間周期，同時(shí)監(jiān)測該組液壓支架的推移千斤頂?shù)膶?shí)際推升周期，繪制成圖4。通過推移時(shí)間圖看出，液壓支架的真實(shí)推移周期為8.8s左右，與設(shè)定時(shí)間相差0.3s，偏差率為3.5%，低于設(shè)計(jì)偏差值5%，同樣滿足設(shè)計(jì)要求。

5結(jié)語

通過對液壓支架電液測控系統(tǒng)測試平臺(tái)設(shè)計(jì)架構(gòu)、各系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一套針對馬道頭煤礦井下液壓支架電液控制系統(tǒng)的測試平臺(tái)，通過研究形成以下結(jié)論：（1）平臺(tái)總體框架可以分為功能測控系統(tǒng)和上位機(jī)人機(jī)交互系統(tǒng)兩大部分。（2）測控系統(tǒng)平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)分為液壓支架模擬系統(tǒng)和測控系統(tǒng)兩大部分。液壓支架模擬系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)礦井液壓支架的液壓、電氣和比例模擬等系統(tǒng)功能；測控系統(tǒng)采用分布式I/O站結(jié)構(gòu)，硬件由6組試驗(yàn)臺(tái)架構(gòu)成，將西門子S7-300PLC設(shè)為DP主站，主要負(fù)責(zé)對液壓支架液壓油源監(jiān)測。（3）人機(jī)交互系統(tǒng)能夠真實(shí)組態(tài)顯示馬道頭煤礦N8206工作面液壓支架電液監(jiān)控測試平臺(tái)的畫面，包括液壓泵壓力和流量以及趨勢曲線等，控制立柱壓力、推移行程、執(zhí)行動(dòng)作、設(shè)定壓力和設(shè)定速度等數(shù)值。（4）立柱壓力控制功能測試從16MPa到11MPa，測試響應(yīng)時(shí)間僅為0.6s，測試平臺(tái)的立柱壓力控制穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間迅速；系統(tǒng)推移時(shí)間控制功能測試的偏差率為3.5%，低于設(shè)計(jì)偏差值5%。

作者：趙元江 單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司