随着无人值守智能化综采工作面建设的不断推进,对液压支架电液控制系统的自动化控制功能提出了更高的技术要求。基于目前国内开发的电液控制技术在满足智能化生产技术要求方面,存在通信速率低、响应不及时和可靠性差等问题,开发了一种基于32位处理器的液压支架电液控制系统端头控制器,设计了基于工业以太网和CAN总线的端头控制器通信架构。根据无人值守智能化综采工作面具有智能感知、智能决策和自动控制的技术要求,在端头控制器中设计了参数巡检、参数修改、在线升级和跟机自动控制功能。为了应对智能化综采工作面对液压支架电液控制系统数据标准化、规范化的要求,端头控制器可以对液压支架电液控制系统产生的数据按照基于位号的数据编码标准进行编码。通过综采工作面“三机”实验平台进行实验,结果表明:端头控制器从发出巡...

通信系统是综采工作面液压支架电液控制系统信息传递的通道与桥梁,目前多采用CAN总线作为通信总线,易受井下复杂电磁环境的干扰,导致支架控制器内部通信硬件出现故障,造成控制器“失联”现象,且CAN总线通信系统采用多主通信模式,单台控制器“失联”将导致整个电液控制系统无法正常工作,造成安全隐患。设计了CAN通信保护电路,可使通信系统在较大负载情况下稳定运行,在复杂环境中具有较强的抗干扰性。基于CAN总线通信协议,结合令牌环网思想,提出了CAN总线通信故障检测与诊断方法,通过合理设计数据的帧结构与故障检测方式,弥补了CAN总线通信模式下节点丢失时难以定位的缺陷,并将增加数据长度对传输负载的影响降到最低,确保良好的通信性能。以2台端头控制器配合6台液压支架控制器组成环网,通过上位机不定时下发命令模拟井下实际操作时总...

为解决当前综采工作面液压支架健康状态评估和寿命预测的迫切需求,提出了一种应用于液压支架的层次型模糊综合评价方法。该方法采用基于三标度法的改进型模糊层次分析法计算健康状态参量的权重向量,引入变异系数和梯形模糊数的概念对评价结果去分歧化,提高了综合评价结果的一致性和有效性。在综合评价的基础上可得到液压支架健康指数和综合健康水平。同时,在此基础上建立了基于健康指数的液压支架寿命预测模型,实现了液压支架综合健康管理。以晋煤集团古书院矿152313工作面所使用的液压支架为例分析健康状态评估和寿命预测,结果表明;该方法所预测的评估时刻到失效大修的剩余寿命为13.45个月,而这与预期大修时间13个月基本一致,验证了上述模型的合理性和有效性。

随着液压支架电液控制系统智能化进程不断推进,基于CAN总线的电液控制系统通信数据量越来越大,总线数据冲突增多,高优先级节点占据总线控制权,造成了低优先级节点持续发送失败的饥饿现象,严重影响通信实时性,阻碍其智能化进程,甚至威胁工作面安全工作生产。针对这种现象,对液压支架电液控制通信系统进行了详细的分析,结合系统结构和信息特点对CAN标识符和动态调度算法进行设计,提出了基于EDF(Earliest Deadline First)的总线动态调度策略,通过实验验证,该动态调度策略能够极大改善节点饥饿现象,降低系统平均时延,提高系统的实时性,为实现自动化无人值守工作面打好基础。

针对煤矿井下综采工作面空间狭小、液压支架的传感器数量众多、布线以及维修困难等问题,文中设计一种基于ZigBee与5G无线通信技术的液压支架无线传感器网络系统。首先介绍无线传感器与无线收发器的硬件与软件设计,并研究了ZigBee与5G通信传输数据的方式。然后制作集成液压支架传感器数据的中央控制系统,融合一种适用于液压支架无线传感器网络的分簇式DFD节点故障诊断算法。最后进行测试实验,实验结果表明,文中的无线传感器网络能够将采集的液压支架无线传感器数据传输至无线收发器,通过工作面5G基站传输至井下中央控制系统,再通过支架间电缆传输至支架控制器,满足液压支架对无线传感器网络的高精度、高稳定性和低能耗的要求。该研究可为煤矿井下液压支架电液控制系统无线化奠定基础。

针对钻机实际故障数据获取较难和性能退化的非线性等问题,提出一种基于RBF神经网络的钻机回转液压系统健康状态评估方法。使用AMEsim软件搭建回转液压系统仿真模型,模拟了液压泵内泄露和液压马达内泄露,采集了样本数据并提取特征量,通过主成分分析法(PCA)对特征量进行降维处理,使用K均值算法(K⁃means)和粒子群优化算法(PSO)优化RBF神经网络参数,通过训练建立RBF神经网络健康评估模型,输入PCA处理后的数据,评估模型自动输出评估结果,实现了钻机回转液压系统健康状态的智能评估。结果表明,该方法具有较高准确性和可靠性,可用于钻机回转液压系统的健康评估,并为进一步开展钻机液压系统智能故障诊断和健康评估奠定了研究基础。

纵轴式掘进机在垂直升降截割过程中,当截割部运动方向发生变化时,作用在截割头的载荷会发生突变,从而引起升降液压缸载荷和活塞运动速度产生极大波动,进而影响截割头受力和截割臂摆速,降低施工精度和掘进机工作稳定性。为了减小升降液压缸载荷与活塞运动速度在换向瞬间的波动程度,在AMESim中建立纵轴式掘进机升降截割系统物理模型,通过加入PID控制对系统进行仿真,对比分析原有系统与PID控制系统升降液压缸在运动方向发生变化时液压缸载荷、活塞运动速度和压力的响应特性。仿真结果表明:PID控制系统与原有系统相比,波动幅度降低,调节速度快;采用PID控制能够有效提高截割部在变换截割方向时压力和速度的控制精度,稳定性好,适应能力强,对掘进机截割臂摆动自动控制具有重要意义。