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基于C A N总线的液压支架控制系统的研究 Resear ch of hydr aul i c suppor t com pu t er con t r ol s ys t em based on CAN 何秀媛 HE Xi u y u a n 长春工业大学 人文信息学院，长春 1 3 0 1 2 2 摘要 液压支架是实现综合开采的重要设备 ，根据煤矿生产自动化的需要 ， 提出了一种基于C A N 总线 的液压支架控制系统 ，介绍了系统的总体设计，重点阐述了实现系统的硬件选型与设计 ，通 信协议设计及软件实现等内容 ，系统应用后对提高液压支架的自动化水平与稳定性起到了良 好的效果。 关键词液压支架；C AN 总线；控制系统；软件 中图分类号T D 4 2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 - 0 1 3 4 2 0 1 5 o 2 下 一0 1 5 1 0 2 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 l／ J ． Is s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． o z 下 ． 4 8 、 0 引言 液压支架作为重要的综采设备，为井下作业人员与 设备提供必要的工作空间，与采煤机 、刮板输送机协同 工作 ，实现综合机械化的煤炭采掘过程 0 】 。液压支架工 作 的稳定性 ，是保证井下安全生产的前提，使用现代控 制理论与技术，实现液压支架 的精准控制，提高液压支 架操作的自动化水平 ，有着重要的现实意义。 1 系统的功能与结构 1 ． 1 系统功能 基于C AN总线的液压支架控制系统 的首要功能是控 制功能 ，系统需要对液压支架的各个油缸完成控制 ， 包括立柱 、移动与平衡千斤顶、护板 、伸缩杆等的各种 动作 ，邻架的单动与联动，另外对于液压支架的故障应 该进行预判，并实时完成报警功能。其次是监控与显示 功能，液压支架 的工况信息需要上位机进行显示，立柱 的压力值 、液压支架 的工作参数、采煤机在工作面中的 位置等信息均需要通过上位机直观加以显示。 1 ． 2 系统结构 基于C A N 总线的液压支架控制系统采用主从控制方 式，以C AN总线完成通信功能，系统中包括了控制主站 与从站，压力、位移等传感器、液压系统等部分构成 ， 系统结构 图如图1 所示 。 2 系统设计与实现 2 ． 1 主从站设计 基于C A N的液压支架控制系统主从站均 以P L C 为核 心，使用C AN方式通信 ，均具有报警装置、L C D显示装 以 太 网 I 上 位 机 支 幡 I 1 支 1 器 I 1 支 2 器 l⋯ 主 站 I l 从 站 l I 从 站 I 图1 系统 结构 图 图2 从站硬件 结构图 置及键盘等 ，从站与主站相比，还需要传感器与 电磁 阀 等设备，其中从站硬件结构图如图2 所示 。 2 ． 2 设备选型 系统中使用的硬件设备，应符合煤矿生产安全的要 求 。P L C 选用 了西 门子S 7 3 0 0 系列型P L C。位移传感器 使用 了E EP 的P RI 1 6 ． 0 2 0 型位移传感器 ，该传感器 电源 收稿日期2 0 1 4 -1 0 -1 5 基金项目国家 自然科学基金资助项 目 6 1 1 4 2 0 1 0 作者简介何秀媛 1 9 8 0一，女，吉林榆树人，讲师，硕士，研究方向为机械设计及理论。 第3 7 卷第2 期2 0 1 5 0 2 下 [ 1 5 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表1 通信协议 字节1 l 字节2 l 字节3 l 字节4 控制命令 l控制命令 I地址 I地址 压力传感器高8 位 l压力传感器低8 位 I位移传感器高8 位 I位移传感器低8 位 为1 2 V D C ，可在一 2 0 ℃～ 7 0 ℃范围内工作。液压支架立 柱缸压力通过压力传感获取 ，压力传感器选用 了E E P的 Dr u c k s e n s o r 位移传感器 ，该传感器可 以检测0 至4 5 0 b a r 范 围内的压力值 。 电源选择 了E EP 的P R1 1 6 - 0 8 1 ． D电 源 ，该 电源可在一 2 0 ℃～ 6 0 ℃范围稳定工作。 2 ． 3 从站软件设计 从站需要实现的功能包括推动溜子、单价单动作、 邻架联动作、故障报警等，推溜操作是从站实现 的主要 功能H 】 ，当按下推溜操作键时，系统将进行特 定时间的 推溜操作 ，在特定时间内完成该操作，推溜操作的软件 流程图如图3 所示。 图3 推溜操 作流程 图 2 ． 4 C A N 通信协议设计 液压支架计算机控制系统的通信使用了C A N 总线， C AN是Co n t r o l l e r Ar e a Ne t w o r k 的缩写，通信协议是保证 系统正确通信的基础 】 ，液压支架控制系统中需要传输 的信息包括控制命令、传感器采集数据信息、紧急控制 命令等，系统通信传输数据设计为1 0 个字节 ，具体协议 如表l 所示，部分控制命令如表2 所示。 表2控制命令对应表 控制命令 数据 1 6 进制 说明 支 架各种动作 O x O 2 0 x l 5 升降、推移等 邻架升起 0 x 1 5 邻架降 柱 0 x 1 6 邻架移动 0 x 1 7 2 ． 5 上位机软件设计 液压支架监控上位机系统主要 负责 以直观 的形式 为操作者提供液压支架的工况信息并实现数据的有效处 理 ，上位机监控 软件使用组态王6 ． 5 设计 ，组态王是应 [ 1 5 2 ] 第3 7 卷第2 期2 0 1 5 0 2 下 字节9 运行模式高8 位 字节 1 0 运行模式低8 位 用十分广泛的组态软件，借助于组态王可以方便快捷 的 构建出工业控制软件 ，本系统的上位机软件设计 了四大 功能模块，分别包括综采工作面信息显示模块 、参数设 置模块、单个支架信息显示模块、报表信息处理模块 ， 系统的功能模块图如图4 所示。 图4上位机系统功能模块图 3 结束语 液压支架是煤矿井下开采中使用的重要综采设备， 可 以为井下作业人员提供必要的工作空间，是实现安全 综采的重要保障。使用C AN总线技术、传感器技术、组 态软件技术等手段实现的基于C A N 总线的液压支架控制 系统，可以完成液压支架的 自动化控制 ，实现具体工况 信息的远程监控，提高了液压支架工作 的可靠性，提高 井下综采效率。 参考文献 [ 1 】熊磊． 液压支架控制系统中央操作站软件设计【 D 】 ． 武汉 华中科 技大 学。 2 0 0 9 ． [ 2 】许静， 王忠宾， 范祯科． 基于E t h e r n e t 的综采工作面液压支架远程 监控 系统研 究[ J 】 _ 制造业 自动化， 2 0 1 4 0 3 3 8 4 1 ． [ 3 】周俊 良． 影响液压支架电液控制系统可靠性诸因素分析【 J 】 _煤矿 开采 ，2 0 1 3 ， 1 8 0 3 4 6 4 9 ． 【 4 】 王 佞， 杨 坤 ． 煤 矿 液 压支 架 电液 控 制 系统 的研 究 【 J 】 ． 煤 矿 机 械， 2 0 1 3 ， 3 4 0 5 1 9 1 ． 1 9 2 ． [ 5 】 翟清波． 基于C AN总线的液压支架控 制系统设计【 D】 ． 南 昌 南 昌 大学．2 0 0 8 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m