基于单片机的乳化液泵自动卸载系统的研制.pdf

第 2 8 卷第 7期 2 O 0 7年 7月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 1 ． 2 8 No ． 7 J u 1 ．2 0 07 蜉 产 品 结构 聊 基于单片机 的乳化液泵 自动卸载 系统 的研 制 曹春玲 ，祁伟 西安科技大学 机械工程学院，西安 7 1 0 o 5 4 摘要 乳化液泵的 自动卸载以及监控是乳化液泵站安全工作 的重要保证 ， 介 绍利 用单片机 为核心 ， 结合传感器技术以及微 电子技术的卸载控制 系统的控制原理 ， 硬件结构组成和软件设计。 关键词 乳化液泵；电液卸载 ；单片机 ；控制 系统 中图分类号 T H 3 1 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 3 ． 079 4 { 2 0 07 0 7 ． 0 1 0 9 ． 0 2 Au t o ma t i c Un l o a d i n g S y s t e m o f Emu l s i o n Pu m p Ba s e d o n S i n g l e c h i p C A O C h u n l i n g ， QI We i M e c h a n i c a l a n d E I l g i n e e r i n g C o l l e g e ， x i ’ a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e and T ech n o l o g y ， X i ’ an 7 1 0 0 5 4 ， C h i n a Ab s t r a c t 3 he e l e c t ro h y d r a u l i c u n l o a d i n g a n d s u p e r v i s o r y s y s t e m o f e mu l s i o n p u mp a r e e n s u r e o f t h e s a f e t y o f e mu l s i o n．3 he c o n t r o l s y s t e m o f e l e c t r o h y d r a u l i c u n l o a d i n g ma ke s u s e o f s i n g l e c h i p an d t r a n s d u c e r t ec h n o l o g y an d mi c ro e l ec t ron i c s t ec hn o l o gy ．I n c l u d e s t h e the o ry o f the c o n t rol s y s t e m an d h a r d wa r e c o n fig u- rat i o n an d sof t w a r e d e s i g n． Ke y wo r d s e mu l s i o n p u mp；e l e c t ro h y d r a u l i c u n l o a d i n g；s i n g l e c h i p；c o n t rol s y s t e m 0前 言 乳化液泵站是综合机械化采煤工作面的主要装 备之一 ， 是一种把机械能转变为液压能的能量转换 装置。 自动卸 载系统是乳化液 泵站 的液压 控制系 统 ， 乳化液泵卸载的可靠性 、 灵敏性及其恢复性是影 响乳化液泵站质量优劣 的重要指标 ， 决定着乳化液 泵工作质量和使用寿命， 同时也对采煤工作面的液 压支架正常使用产生直接影响。随着现代控制技术 的发展 ， 目前微电子技术 、 单 片机技术 、 传感器技术 等与液压技术结合 的电液控制技术在煤矿机械中的 应用 已逐渐被重视 ， 基于单片机的乳化 液泵 自动卸 载系统就是这样一种现代控制技术的结合 ， 已成为 乳化液泵卸载技术发展的新趋势。 1 自动卸载 的结构和原理 1 系统卸载原理 单片机控制的乳化液泵站电液系统卸载原理如 图 1 所示。乳化液泵 的吸液阀阀芯下安装有控制活 塞 ， 来 自于电磁控制阀的控制液直接作用在控制 活 塞的下腔。泵排液 口的压力传感器实时检测支架液 压系统 的工作压力 ， 当支架液压系统 的工作压力 升 高到泵卸载压力时 ， 电磁开关阀打开 ， 高压控制液进 入控制活塞的下腔 ， 在高压控制液作用下控制活塞 上移 ， 并持续顶开吸液阀阀芯 。乳化液泵柱塞吸液 处于空循环状态。排液阀始终处 于关 闭状态 ， 没有 高压乳化液从泵的排液口排出， 从而实现了泵的卸 载 ， 当压力传感器检测 到支架液压系统的工作压力 降低 ， 需要恢复供液时 ， 电磁开关阀关闭使控制活塞 下腔与回液 口接通 ， 乳化液泵的吸液 阀恢复正常动 作 ， 向支架液压系统正常供液。 图 1 乳化液泵 电液卸载原理 图 1 ． 开关 阀2 ． 控制活塞3 ． 吸液阀4 ． 柱塞5 ． 柱塞腔6 、 排液 阀7 、 传感器 2 单片机控制系统构成 单 片机控制 系统结构如图 2 所示。该系统 主要 由单片机 、 显示屏 、 压力传感器 、 液位传感器 、 温度传 感器 、 电磁开关阀和各 开关按键等组成。由于单片 机结构的设计主要是面向控制的需要 ， 因此 ， 在硬件 结构 、 指令系统和 I ／ O能力等方面均有独特之处 ， 具 有非常有效的控制功能。另外单片机也具有可靠性 高 、 抗 干扰能力强 、 功能完善 、 体积小 、 成本低 、 易于 产品化 ， 控制 系统采用单片机能够满足需要。 系统控制器的核心采用具有低功耗 、 高性能 、 低 成本 、 高速度等优点的 C 8 0 5 1 F单片机 ， 内嵌 8 K字节 的 F L A S H闪存 ， 可在 系统编程 ； 内部 总线时钟频率 最高达到 2 4 ． 5 M， 外部振荡器或者外部时钟可在运 行 中切换时钟源 ； 2 4位 8通道 的 A D C模块 ， 转换速 率可达 1 k s p s ； 1 6 位可编程计数器／ 定时器阵列， 有3 个捕捉／ 比较模块准确捕获位置信号。 一 l 0 9 维普资讯 V o 1 ． 2 8 N o ． 7 基于单片机的乳化液泵 自动卸载系统的研制曹春玲 ， 等 第 2 8 卷第 7 期 腊 C 8 0 5 位、曲 轴箱 1 鱼 F 直 再 片 扛 羞广一 机 面 ． 示切 换 开关J～ 图 2 单片机控制 系统结构总 图 系统采用 A I N口的 0～5位对压力 、 温度 、 液位 分别进行数据的采集， 6 ～7 位的按键为显示控制。 在正常情况下 ， 数码管会对压力和温度进行连续 的 循环显示。当需要手动控制显示 的时候 ， 可 以通过 手动／ 自动键来选择 ， 然后 通过温度／ 压力键来控制 显示的内容。采用 P o 和 P l口实现压力的控制以及 各参数的声光报警。当检测到的压力值高于卸载阀 设定的卸载压力值时， 单片机输出一个高电平 ， 驱动 电磁铁动作来实现卸载。当检测到的压力值低于卸 载阀设定的恢复压力值时， 单片机再驱动电磁铁动 作 ， 实现泵的正常供液 。声光报警通过发光二极管 和蜂鸣器来实现， 检测值不在设定值范围内时， 发光 二极管和蜂鸣器同时工作给操作人员报警提示 。 3 系统的软件设计 系统软件采用 c语 言编制 ， 在 软件 编程 中， 使 用结构化 、 模块化编程思想 ， 使软件系统思路清晰 ， 条理清楚 ， 便于程序 的修 改和调试。软件 由主程 序 和 A D采样子 程序 ， 显示 子程 序， 卸 载子程 序等组 成。该系统软件的主程序如图 3 。 图 3 主程序框图 主程序在初始化后直接进入采样子程序， 采样 子程序负责将传感器监测到的数据经 I O端 口采集 到单片机中并进行数据的滤波计算。 滤波后的数据将采用连续 比较法与设定值进行 比较计算 。将采样数据与一个设定数据进行连续多 次不问断的比较 ， 其中比较次数的确定 可以通过参 考经验值以及系统的精度要求来 确定。在压力控制 中采用连续 比较法处理数据可以有效地消除 由于压 力脉动所导致 的压力数值 的波动情况 ， 从而减小误 差 。 当滤波后的压力数据连续几次超过设定值时， 系统将调用卸载子程序实施卸载； 温度的采样值经 过滤波后首先进行温度 的标定 ， 以保证温度与现场 的温度一致 ， 经过滤波后 的温度数据同样也是采用 连续与设定值比较的方法进行计算， 当发现连续几 次超过设定值时， 系统将调用报警子程序实施报警， 及时提醒操作人员采取相应的方法处理 。 显示子程序和报警子程序主要负责显示压力和 温度的数值 以及当系统中有参数超限时及时进行声 光报警 。根据系统应用的具体工况 ， 保证操作人员 能清楚地看到系统 的各个参数数值 ， 系统采用 4位 数码管显示。 4 系统可靠性措施 由于系统 的工作环境较差 ， 容易受到 电磁干扰 以及其他瞬变干扰， 在设计 时采取措施 以提高系统 的可靠性。系统是在煤矿井下工作 ， 在硬件的选择 上都选用 了防爆器件如防爆电源箱 、 防爆电磁铁 、 防 爆传感器等 。抗干扰部分主要采用光 电隔离 、 一点 接地 、 硬件看门狗 、 加大地线走线面积等硬件抗干扰 措施 ， 同时在软件部分采用 了部分冗余设计来防止 输入元件的误信号 ， 防止一些人为造成的误操作。 2结语 本文介绍的乳化液泵 自动卸载及监控系统融合 了传感器 、 单片机和电液控制技术等综合技术。这 种卸载方式结合 内卸载的卸载阀， 卸载冲击小 ， 同时 由于系统即时监控系统压力变化， 通过软件来 标定 卸载压力和恢复压力 ， 提高了液压支架工作的可靠 性 。 参考文献 [ 1 ] 马维绪， 许照裼． 乳化液泵站[ M ] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 8 7 ． [ 2 ] 鲍可进 ． C 8 0 5 1 F单片 机原理及应用 [ M] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 O 6 作者简介 曹春玲 1 9 6 4一 ， 山东 博兴人 ， 副教授 ， 1 9 8 4年 毕业 于西安矿业学院 ， 现从事教学 及乳化液 泵站 的研究设计工作 ， 电子信 箱 l i h r X U S t ， e d u ． c n ， 一 1 1 0一 收稿 日期 2 O C r 7 ． 0 3 ． 1 】 维普资讯