專利名稱：一種工作面支架控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工作面支架控制裝置，是一種電子裝置，是一種用于煤礦 井下的綜采工作面上的液壓支架的控制裝置，是一種用于控制液壓支架動(dòng)作和 與其它液壓支架聯(lián)絡(luò)的電子裝置。
背景技術(shù)：
液壓支架是井下采掘的重要設(shè)備，如圖1所示的是一個(gè)液壓支架的示意圖，
主要包括安裝在底座1上的前排液壓缸2、后排液壓缸3兩對(duì)強(qiáng)大的液壓缸，液 壓缸將頂板3向上推舉起到支撐作業(yè)面的作用。如圖所示在前液壓缸高度較高， 所以在A的位置人員活動(dòng)比較方便，但A位置的危險(xiǎn)性也表較大，容易受到落 下和四處飛濺的煤塊、石塊，設(shè)備之間的碰撞， 一般盡量不在A位置安排設(shè)備。 后排液壓缸較短，在B位置的空間較小，人員活動(dòng)不太方便，但B位置比較安 全，通常安排液壓控制控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)包括液壓閥和液壓支架控制裝 置等。公知的液壓支架控制裝置由通訊模塊、數(shù)據(jù)釆集模塊、CPU、驅(qū)動(dòng)模塊、 人機(jī)交換模塊、行程和壓力傳感器、電磁先導(dǎo)閥和CAN總線組成，如圖2所示， 圖中表示的是兩個(gè)支架的控制裝置在一起的情況，還可以有許多個(gè)裝置向圖中 表示的那樣連接在一起，組成一個(gè)龐大的支架系統(tǒng)，本說明書為了方便起見均 只畫出兩個(gè)支架裝置的圖示，代表可以連接多個(gè)支架裝置。
采煤井下的工作條件十分惡劣。潮濕空氣中的濕度極大，所有設(shè)備都處 在被空氣中的水汽腐蝕的狀態(tài)，更糟的是所有設(shè)備隨時(shí)都可能被浸入水中。機(jī) 械的碰撞落下和四處飛'踐的煤塊、石塊，設(shè)備之間的碰撞，人為的碰撞等等， 無論是什么，嬌嫩的東西在井下根本無法使用。安全的要求所有電器設(shè)備必 須是防爆或本安型電器(本安型電器指的是電器的電流、電壓和功率限制在一
個(gè)很低安全范圍之內(nèi)，只會(huì)產(chǎn)生很小的火花，可以防止在易燃易爆氣體中引起 爆炸，本安型電器是我國對(duì)井下電器產(chǎn)品的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn))。這樣復(fù)雜和惡劣的條
件對(duì)井下使用的電子設(shè)備提出了一些特殊的要求必須防潮防水，經(jīng)得住長期 的腐蝕，即便在水下也可以正常工作。經(jīng)得起磋碰、摔打，在遭到?jīng)_擊的情況 下仍可以正常工作。多個(gè)液壓支架可以聯(lián)動(dòng)，在一個(gè)液壓支架控制裝置出問題 時(shí)仍可以通過其他液壓支架的控制裝置進(jìn)行控制，以便在緊急狀態(tài)下獲得寶貴 的時(shí)間。所有電器設(shè)備的功率指標(biāo)必須符合本安電器標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以防爆。 根據(jù)這些要求液壓支架的控制裝置的各個(gè)模塊的組合有各種方式。
一種方法是將行程和壓力傳感器、電磁先導(dǎo)閥和CAN總線以外的所有模塊 統(tǒng)統(tǒng)集成在一起，形成一個(gè)集通訊、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)處理為一體的 完整控制單元。如圖2所示，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是控制器功能強(qiáng)大，運(yùn)行速度快， 單個(gè)部件完成支架的控制。缺點(diǎn)是由于控制裝置要完成人機(jī)交互、電磁閥驅(qū)動(dòng) 等操作，控制裝置必須在圖1中的A或B位置進(jìn)行選擇。如果控制裝置布置在 A位置雖然人員操作方便，但電磁閥電纜引線較長，影響電磁先導(dǎo)閥和主閥的 檢修。并且控制器上有操作鍵盤，容易受砸，損壞，進(jìn)潮，不利殼體密封防護(hù)， 容易進(jìn)潮，控制裝置砸壞后會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？傊?，這種結(jié)構(gòu)帶來 的好處和不利因素的比較，可以說不利因素更多一些，主要是會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)易損 件出現(xiàn)故障影響系統(tǒng)的，引發(fā)系統(tǒng)不可忽略的故障，造成整個(gè)系統(tǒng)失效，由于 操作界面和受控對(duì)象距離較遠(yuǎn)，且受控對(duì)象經(jīng)常會(huì)進(jìn)行檢修等操作，系統(tǒng)連接 的電纜引線太長會(huì)造成電磁先導(dǎo)閥檢修不便，且容易損壞電纜。因此，該結(jié)構(gòu) 不夠理想。
另一種結(jié)構(gòu)是將支架電液控制系統(tǒng)控制單元分解為控制器和驅(qū)動(dòng)器，如圖3 所示。將驅(qū)動(dòng)模塊切割出來形成驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器完成信號(hào)放大，電磁閥驅(qū)動(dòng)。 其余部分保留為控制器，控制器完成傳感器數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)程序控制等，驅(qū)動(dòng) 器和控制器分別使用單片機(jī)進(jìn)行控制，它們之間通過通訊控制電纜進(jìn)行信息交
互。實(shí)際產(chǎn)品是兩個(gè)盒子，驅(qū)動(dòng)器部分的盒子安裝在圖1中的B位置，接近電 磁閥，便于控制電磁閥?？刂破鞑糠值暮凶又谱鳛榫哂酗@示屏和控制按鈕的控 制器盒，通過電纜與驅(qū)動(dòng)部分的盒子連接，控制部分的盒子可以引導(dǎo)到圖1中 的A位置，方便人員操作。這樣分割的優(yōu)點(diǎn)是控制器功能強(qiáng)大，運(yùn)行速度快， 驅(qū)動(dòng)器與電磁先導(dǎo)閥就近布置，方便安裝操作。缺點(diǎn)是控制器部分的盒子是一 個(gè)拖著許多長線(包括左右相鄰支架的控制器通訊電纜和本架的傳感器信號(hào)輸 入電纜)的操作鍵盤，安裝位置受到限制，操作鍵盤面向煤壁，操作時(shí)面向支 架，不便觀察動(dòng)作支架頂?shù)装迩闆r和煤壁情況，不易保護(hù)，容易被砸壞、摔壞， 造成系統(tǒng)失靈。由于包含較多的模塊， 一旦損壞整個(gè)系統(tǒng)全部癱瘓，相鄰的支 架控制器也不能對(duì)損壞的支架進(jìn)行控制， 一旦有險(xiǎn)情后果不堪設(shè)想。而且修理 困難，費(fèi)用昂貴。
第三種方法是將控制器中的人機(jī)交互模塊再分離出來，形成一個(gè)專門的人 機(jī)交互界面盒，形成三個(gè)盒子的控制系統(tǒng)。這樣做優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都是明顯的。優(yōu) 點(diǎn)是將易損件一一鍵盤從控制器種剝離出來，其他兩盒子可以方便的布置在液 壓支架的任何位置。拖著長線的可以隨處使用的人機(jī)界面盒結(jié)構(gòu)簡單，減少控 制鍵盤的故障率，提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)成本4艮低，損毀了可以立刻更換。 缺點(diǎn)是系統(tǒng)部件多，需要互相通訊，增加了系統(tǒng)部件的故障幾率；通訊的復(fù)雜 化使成本增加，效率降低。
綜上所述需要找到一種合適的模塊分離的方法，使整個(gè)系統(tǒng)成本最低，故 障率最低，效率相對(duì)高。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出一種工作面支架控制裝置，所述的支 架控制裝置將支架電液控制系統(tǒng)分解為控制器盒和人機(jī)界面盒，控制器盒完成 傳感器數(shù)據(jù)采集、電磁閥驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)程序控制，人機(jī)界面盒完成人機(jī)交互。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種工作面支架控制裝置包括與行程壓力 傳感器連接的數(shù)據(jù)釆集模塊、CPU、通過CAN總線與其他支架聯(lián)系的通訊模塊、 與電磁先導(dǎo)閥連接的驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)界面模塊，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集 模塊、通訊模塊、CPU、驅(qū)動(dòng)模塊組成控制單元，所述控制單元安裝在一塊控 制器印刷電路板上，所述的控制器印刷電路板密封在控制器盒殼體內(nèi)；所述的 人機(jī)界面模塊組成人機(jī)界面單元，所述的人機(jī)界面單元安裝在一塊人機(jī)界面印 刷電路板上，所述的人機(jī)界面印刷電路板密封在人機(jī)界面盒殼體內(nèi)，所述的控 制單元與人機(jī)界面單元通過通訊電纜連接。
本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是將支架控制器可靠性指標(biāo)低的易損件分離出來， 提高了支架控制器的可靠性，同時(shí)改善支架控制單元中易損件的工作環(huán)境，降 低其對(duì)控制系統(tǒng)的影響程度，改善人機(jī)界面的工作環(huán)境，使其盡量避免放置于 潮濕不利的環(huán)境；人機(jī)界面安裝時(shí)可面向煤壁，方便安裝與操作，防止操作鍵 盤被偏幫煤砸損，提高人機(jī)界面的可靠性；即便一臺(tái)支架的人機(jī)界面被砸壞或 出現(xiàn)故障，可以通過相鄰支架的控制器進(jìn)行操控，并不影響整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行正常 的支架控制，最大限度的減少了易損件對(duì)系統(tǒng)的影響程度，將不利因素造成的 危害降到最低的限度。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖l是液壓支架的外形示意圖； 圖2是第一種模塊分離的原理示意圖； 圖3是第二種模塊分離的原理示意圖； 圖4是第三種模塊分離的原理示意圖； 圖5是本發(fā)明的模塊分離的原理示意圖； 圖6是實(shí)施例一中控制器盒的結(jié)構(gòu)示意圖7是實(shí)施例五中的盒體與盒蓋連接位置的結(jié)構(gòu)示意圖，是圖12的C處放
大圖8是實(shí)施例二中的控制器盒的外形示意圖； 圖9是實(shí)施例二中的控制器盒的后面示意圖； 圖IO是實(shí)施例二中的控制器盒的前面示意圖； 圖11是實(shí)施例四中的人機(jī)界面單元的原理示意圖； 圖12是實(shí)施例五中的人機(jī)界面盒的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖13是實(shí)施例六中的人機(jī)界面盒的面板示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
圖5是本實(shí)施例的各模塊分離的原理示意圖，圖中所畫的只是兩個(gè)支架控 制器的原理框圖，實(shí)際可以有許多支架控制器其連接在一起，其中一個(gè)支架控 制器包括與行程壓力傳感器連接的數(shù)據(jù)采集模塊、CPU、通過CAN總線與其 他支架聯(lián)系的通訊模塊、與電磁先導(dǎo)閥連接的驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)界面模塊，所述 的數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊、CPU、驅(qū)動(dòng)模塊組成控制單元，所述控制單元安 裝在一塊控制器印刷電路板上，所述的控制器印刷電路板密封在控制器盒殼體 內(nèi)；所述的人機(jī)界面模塊組成人機(jī)界面單元，所述的人機(jī)界面單元安裝在一塊 人機(jī)界面印刷電路板上，所述的人機(jī)界面印刷電路板密封在人機(jī)界面盒殼體內(nèi)， 所述的控制單元與人機(jī)界面單元通過通訊電纜連接。
控制單元上配置電磁驅(qū)動(dòng)電路，可與電磁先導(dǎo)閥就近布置，也就是圖1中B 的位置，使支架控制單元到電磁閥的連接電纜最短，方便控制單元的安裝與接 線，控制單元上沒有操作按鈕和用戶界面，因此控制單元可以采用較為簡捷的 結(jié)構(gòu)。
控制單元是以單片機(jī)為核心模塊的嵌入式操作系統(tǒng)，由電源模塊、通訊模
塊、驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等電路組成，通訊模塊具有4路獨(dú)立的通訊電路, 可以實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面、左右鄰架控制器和工作面監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；驅(qū)動(dòng) 模塊采用大功率驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路的冗余設(shè)計(jì)，具有在線檢測(cè)、過載保護(hù) 等功能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊具有512K的FLASH和512K的SRAM,可供系統(tǒng)存放 程序和操作系統(tǒng)運(yùn)行及其運(yùn)行數(shù)據(jù)使用，同時(shí)，系統(tǒng)還配置了FRAM，以備修 改數(shù)據(jù)掉電保護(hù)，同時(shí)也可以存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
本實(shí)施例所述的支架控制裝置采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，選擇低功耗、功能 強(qiáng)大、具有嵌入式操作系統(tǒng)|i C/OS-II的Rabbit3000核心模塊，構(gòu)建支架控制器 核心電路，選用大容量的FLASH以存放控制程序及其原始參數(shù)選用大容量的 SRAM為操作系統(tǒng)提供運(yùn)行空間和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。選用CAN總線控制芯片進(jìn)行 CAN通信電路設(shè)計(jì)，保證使用4線電纜，就能有兩個(gè)完全獨(dú)立的通信回路，從 而提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì)原則，選擇大功率的MOS管作為驅(qū) 動(dòng)芯片，在驅(qū)動(dòng)回路增加可恢復(fù)的限流元件，防止驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障時(shí)，導(dǎo)致 發(fā)生由于系統(tǒng)電流急劇增大產(chǎn)生電源掉電保護(hù)，系統(tǒng)不能正常工作。選用高精 度A/D芯片進(jìn)行電源能耗測(cè)量和電磁鐵工作狀態(tài)分析，增加了系統(tǒng)新的功能。 選用新型材料新型器件OLED進(jìn)行漢字顯示電路的設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)顯示電路 的功耗。
本實(shí)施例通過對(duì)嵌入式才喿作系統(tǒng)的深入分析，通過n C/OS-II實(shí)時(shí)多任務(wù)操 作系統(tǒng)在芯片上移植，完成編制操作系統(tǒng)在選定CPU模塊上的移植，使CPU得 到充分應(yīng)用。
支架控制裝置是電液控制系統(tǒng)的核心部件，電液控制系統(tǒng)的控制功能主要
由支架控制裝置來完成，本實(shí)施例的支架控制裝置實(shí)現(xiàn)了電液控制系統(tǒng)的主要
操作功能，使用EEPROM實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)的掉電保護(hù)功能，系統(tǒng)參數(shù)可以隨時(shí) 調(diào)整，使用能耗檢測(cè)電路，可以對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行能耗進(jìn)行在線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)驅(qū) 動(dòng)電路的在線檢測(cè)等功能。主要控制功能如下
① 雙向鄰架單動(dòng)作控制 *單架單動(dòng)作控制
實(shí)現(xiàn)左右鄰架的單動(dòng)作控制，常用鍵采用鍵盤上直接設(shè)置單動(dòng)作快捷按鍵， 直接操作即可實(shí)現(xiàn)左右鄰架的單動(dòng)作控制；對(duì)于不常操作的單動(dòng)作如側(cè)護(hù)板等， 可使用菜單方式使用軟鍵來完成，從而實(shí)現(xiàn)16功能支架的全部單動(dòng)作控制；對(duì) 于本架根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，只設(shè)置本架推溜控制，直接按推溜鍵，即可完成本 架推溜動(dòng)作，本架推溜保持5分鐘。
*單架單動(dòng)作連鎖控制
② 雙向鄰架自動(dòng)移架程序控制
實(shí)現(xiàn)左右鄰架的單架自動(dòng)移架動(dòng)作控制，在選擇好鄰架后，按啟動(dòng)鍵，所 選鄰架按程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)"降—移—升"動(dòng)作的自動(dòng)控制，支架的"降—移—升" 動(dòng)作控制使用壓力傳感器、位移傳感器和時(shí)間聯(lián)合控制，從而實(shí)現(xiàn)支架動(dòng)作閉 環(huán)控制系統(tǒng)。4艮據(jù)支架架型不同，生產(chǎn)工藝和工作面頂?shù)装宓臈l件來調(diào)整控制 參數(shù)，從而使電液控制系統(tǒng)能夠滿足不同支架架型和不同工作面的需要。
③ 雙向成組自動(dòng)移架控制
實(shí)現(xiàn)左向(或右向) 一組支架"降—移—升"動(dòng)作的自動(dòng)控制，在要求工 作面條件比較好的時(shí)候可以使用這種方式，實(shí)現(xiàn)支架的成組快速移架。
④ 雙向成組推溜控制
實(shí)現(xiàn)左向(或右向) 一組支架推溜動(dòng)作控制，該功能可以大大提高推溜的 工作效率，由于采用了行程傳感器控制，可以實(shí)現(xiàn)多架同時(shí)推運(yùn)輸機(jī)并可定量 推進(jìn)，保證運(yùn)輸機(jī)緩慢彎曲，避免溜槽連接處產(chǎn)生過大的應(yīng)力，延長運(yùn)輸機(jī)的 壽命，同時(shí)可以保證工作面運(yùn)輸機(jī)的平直性，實(shí)現(xiàn)工作面的平直推進(jìn)，推溜的 效果比較好。
雙向成組護(hù)幫板伸縮控制
實(shí)現(xiàn)左向(或右向) 一組支架護(hù)幫板動(dòng)作控制。
⑥ 安全操作停止控制與急停、閉鎖控制
在支架動(dòng)作出現(xiàn)緊急情況可以分別使用停止、急停與閉鎖控制。停止操作 主要是停止可視范圍內(nèi)支架正在執(zhí)行的動(dòng)作；急停操作可以停止工作面上任意 一架正在執(zhí)行的動(dòng)作，并將禁止成組動(dòng)作控制操作；閉鎖命令是為工作面支架 檢修時(shí)，對(duì)檢修架切斷電磁閥電源，對(duì)檢修架的左右鄰架釆用軟件閉鎖的方式， 禁止檢修架及其鄰架執(zhí)行任何動(dòng)作，從而保證檢修人員的安全。急停閉鎖命令 是一個(gè)帶自鎖的命令，使用閉鎖開關(guān)進(jìn)行控制，當(dāng)閉鎖開關(guān)按下時(shí)，產(chǎn)生急停 或閉鎖命令，自鎖開關(guān)拔起時(shí)，發(fā)出解鎖命令，解除急停、閉鎖狀態(tài)。
⑦ 系統(tǒng)編號(hào)與參數(shù)修改，并永久保存
系統(tǒng)帶有掉電保護(hù)的EEPROM單元，用來保存可修改的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，這 些參數(shù)在運(yùn)行時(shí)可以^^改，并且能夠永久保存。
⑧ 立柱初撐自保功能
當(dāng)支架立柱出現(xiàn)漏液時(shí)，立柱壓力會(huì)有所下降，不能保證頂板壓力，甚至 脫離頂板，為保證對(duì)工作面支架頂板的有效管理，設(shè)置初撐自保功能，系統(tǒng)定 時(shí)監(jiān)測(cè)立柱壓力，當(dāng)立柱壓力小于某一給定值(系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)，可修改)時(shí)，
開始自動(dòng)執(zhí)行升柱動(dòng)作，當(dāng)立柱達(dá)到初撐力時(shí)，結(jié)束本次的自動(dòng)補(bǔ)液功能。
實(shí)施例二
本實(shí)施例是支架控制裝置的控制器盒的一個(gè)優(yōu)選方案，所述的控制器盒殼 體為金屬矩形盒體6，所述的盒體為四周邊601與一底面602焊接結(jié)合一體，形 成一澡盆型，如圖6所示。這樣制作的目的是方便密封，這樣盒體的整體性能 較好，不怕磑碰、摔打、沖擊，可以最大限度的保護(hù)盒中的電子元件。有一與 盒體形狀和大小相適應(yīng)的盒蓋11,盒蓋用螺4丁固定在盒體上。盒子中安裝控制 器焊接電子元件8的印刷電路板7，該電路板由螺釘固定在盒中。盒中灌有密封 膠9，密封膠的灌注高度超過電子元件的高度，使電子元件完全在密封膠的包圍 之中，如圖6所示?？梢云鸬椒浅：玫谋Ｗo(hù)作用。由于本實(shí)施例必須符合我國 礦山設(shè)備的本安要求，控制單元采用低功耗設(shè)計(jì)，所以電器本身的發(fā)熱量很小， 不用擔(dān)心電器的散熱問題。
實(shí)施例三
本實(shí)施例是一種支架控制單元的一種電纜插座的安排方式，支架控制單元 的外形是一矩形的盒子，如圖8所示，為便于辨認(rèn)和方便連接兩側(cè)均安排了連 接電纜的插座。盒子一側(cè)作為后側(cè)12配置有8個(gè)與驅(qū)動(dòng)模塊連接的電磁閥電纜 插座，如圖9所示。前側(cè)13，如圖10所示，配置有2個(gè)與通訊模塊連接的與左 右鄰架通訊的4芯電纜插座，1個(gè)與CPU連接的與人機(jī)界面單元通訊的4芯電 纜插座，l個(gè)與數(shù)據(jù)采集模塊和行程傳感器連接的4芯電纜插座，2個(gè)與數(shù)據(jù)采 集模塊連接的壓力傳感器的4芯電纜插座，1個(gè)與數(shù)據(jù)釆集模塊連接的位置監(jiān)測(cè) 傳感器的4芯電纜插座。
控制器盒的后側(cè)配置8個(gè)電磁閥電纜插座，可以連接8個(gè)電磁閥，完成16
個(gè)控制功能。前側(cè)配置有7個(gè)4芯電纜插座，其中2個(gè)為左右鄰架通訊控制電 纜，1個(gè)為人機(jī)界面通訊控制電纜，l個(gè)為行程傳感器電纜，2個(gè)為壓力傳感器 電纜，另外還有l(wèi)個(gè)是智能口，可以連接采煤機(jī)跟機(jī)設(shè)備進(jìn)行采煤機(jī)位置監(jiān)觀'J; 這樣的結(jié)構(gòu)帶來的好處是，結(jié)構(gòu)簡潔，安裝維護(hù)較為方便。 實(shí)施例四
本實(shí)施例是人機(jī)界面單元的優(yōu)選方案。本實(shí)施例的人機(jī)界面單元包括作 為核心器件的人機(jī)界面CPU、鍵盤和與鍵盤連接的鍵盤掃描電路、顯示指令的 漢字顯示屏和及其與漢字顯示屏連接的顯示電路、蜂鳴器和與蜂鳴器連接的音 響告警電路、急停開關(guān)和與急停開關(guān)連接的急停鎖閉電路、與控制單元進(jìn)行通 訊的與4芯電纜插座連接的通訊電路；所述的鍵盤電路、顯示電路、音響告警 電路、急停鎖閉電路、通訊電路與人機(jī)界面CPU連接，如圖11所示。
支架人機(jī)界面是以單片機(jī)為核心器件的單片機(jī)系統(tǒng)電路，由鍵盤電路、顯 示電路、蜂鳴器控制電路、急停閉鎖電路和通訊電路等組成，鍵盤電路接收操 作鍵盤操作譯碼，形成支架控制器要完成的指令；顯示電路將鍵盤操作和接收 到的系統(tǒng)顯示命令，顯示到屏幕上；蜂鳴器控制電路，在鍵盤操作時(shí)，或系統(tǒng) 將要執(zhí)行動(dòng)作或故障報(bào)警時(shí)，發(fā)出警示；急停閉鎖電路檢測(cè)急停閉鎖開關(guān)狀態(tài), 編制急停閉鎖命令；通訊電路用來與控制器進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面與控制器 之間的數(shù)據(jù)交換，把鍵盤操作指令發(fā)送到控制器上，同時(shí)把系統(tǒng)狀態(tài)顯示信息 傳送到人機(jī)界面。
人機(jī)界面是用來實(shí)現(xiàn)電液控制系統(tǒng)的人機(jī)交互操作，使用人機(jī)界面不但可 以發(fā)出各種控制命令，還可以實(shí)現(xiàn)電液控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)顯示、故障報(bào)警以 及參數(shù)修改等功能。人機(jī)界面將命令通過控制電纜傳送到本架控制器，然后本
架控制器繼續(xù)發(fā)送或執(zhí)行接收到的控制命令。
實(shí)施例五
本實(shí)施例為人機(jī)界面盒的優(yōu)選方案，如圖12所示。人機(jī)界面盒殼體為金屬 矩形盒體，盒體為四周邊1501與一底面1502焊接結(jié)合一體。在人機(jī)界面盒的 底部為安裝通訊插口 16和蜂鳴器21而設(shè)置了一個(gè)凸起1503。為方便安裝盒蓋 14，盒體的四周邊1501敞口端有一金屬臺(tái)階1504，臺(tái)階與周邊結(jié)合處相鄰位置 有一凹槽1505,這個(gè)凹槽內(nèi)放置O型密封圈10，如圖7所示。有一與四周邊形 狀和大小型適應(yīng)的盒蓋14，盒蓋用螺釘固定在金屬臺(tái)階1504上。盒蓋面上布置 有按鍵區(qū)、按鈕區(qū)、漢字顯示器，漢字顯示釆用OLED顯示器。在按鍵區(qū)盒蓋 下面安裝有按鍵印刷線路板18，在按鈕區(qū)裝有蘑菇形急停開關(guān)19。為了防水、 防潮在人機(jī)界面盒中還有一專門放置印刷電路板的內(nèi)盒17,人機(jī)界面的印刷電 路板由螺釘固定在內(nèi)盒中，內(nèi)盒中灌密封膠9，密封膠的灌注高度超過電子元件 的高度。盒的底部一側(cè)有一矩形突起1503,如圖12所示，突起的一側(cè)面裝有l(wèi) 個(gè)4芯電纜插座16，它可與控制器盒上的4芯通訊電纜插座連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交 換。4芯通訊電纜插座上使用鎖緊裝置進(jìn)行插件的緊固，防止運(yùn)輸使用過程中的 振動(dòng)拔脫。人機(jī)界面盒底部突起的另一側(cè)安裝蜂鳴器21,蜂鳴器是安裝在一個(gè) 專門的蜂鳴器盒20中。蜂鳴器盒向外的一側(cè)有孔，可以放出蜂鳴器的響聲。蜂 鳴器盒與人機(jī)界面盒的連接部位嚴(yán)格密封，蜂鳴器是防水的，蜂鳴器和中也灌 注了密封膠。使用人機(jī)界面的優(yōu)點(diǎn)在于方便系統(tǒng)安裝，可以將人機(jī)界面安裝在 方便行走，方便操作和維護(hù)的地方，可以面向煤壁，防止偏幫煤對(duì)操作面板的 砸損，改善生產(chǎn)過程中人機(jī)界面的物理環(huán)境，從而可以大大提高人機(jī)界面的可 靠性。
實(shí)施例六
本實(shí)施例為人機(jī)界面盒的盒蓋，也就是面板的形式的一種優(yōu)選的方案，如 圖13所示。本實(shí)施例所述的人機(jī)界面盒殼體的盒蓋上，也就是面板安排按鍵區(qū) 1401和按鈕區(qū)1402，所述的按鍵區(qū)中的按鍵上部為盒蓋的方形孔下部為密封的 硬制板薄膜開關(guān)按鍵。按鈕區(qū)中的按鈕是金屬制造的蘑菇型按鈕，用于急停、 閉鎖，進(jìn)行急停閉鎖操作。使用防水蜂鳴器進(jìn)行操作警示和故障報(bào)警。
支架人機(jī)界面操作鍵盤分為4個(gè)區(qū)域，包括單動(dòng)作控制區(qū)、方向控制區(qū)、 菜單操作區(qū)和啟停控制區(qū)，分別按照定義的獨(dú)特功能完成相應(yīng)的操作，動(dòng)作區(qū) 可以直接按下4務(wù)睫就可以執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作；方向控制區(qū)可以選擇目標(biāo)架的操作 范圍，單架控制時(shí)選擇的是左右鄰架，成組控制時(shí)選擇的是左右兩邊的一組支 架。菜單操作區(qū)可以進(jìn)行系統(tǒng)菜單操作。啟停區(qū)可以啟動(dòng)單架自動(dòng)移架或成組 支架的動(dòng)作。
實(shí)施例七
本實(shí)施例是控制單元和人機(jī)界面單元的外殼殼體的優(yōu)選方案。由于井下環(huán) 境嚴(yán)酷，所以對(duì)控制單元和人機(jī)界面單元的外殼的要求是十分苛刻的，必須防 腐、耐沖擊，防潮等等。外殼選用的材料必須符合這些要求，哪一點(diǎn)做不到都 會(huì)帶來不好的影響。符合這些要求的可以是金屬，例如不銹鋼或其他合金鋼， 也可以是表面鍍有防腐層的其他較便宜的結(jié)構(gòu)鋼。也可以使用復(fù)合材料，例如 高強(qiáng)度玻璃纖維等等，但價(jià)格昂貴。本實(shí)施例所使用的是不銹鋼。不銹鋼抗沖 擊性能較好，防潮、耐腐蝕的性能也較好，即使在水中浸泡也可以使用。
人機(jī)操作界面的外殼是由不銹鋼制成的，內(nèi)置微機(jī)控制電路，電路板放置 在一個(gè)固定在操作面板上的長方形容器中，并使用環(huán)氧樹脂(或硅膠)灌封，
人機(jī)操作界面的外殼防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP68。人機(jī)操作界面的一側(cè)配有1個(gè)控制電 纜的插座，可以連接到本架控制器的人機(jī)操作界面通信接口，與本架控制器進(jìn) 行通信，人機(jī)操作界面的右側(cè)配有蜂鳴器和用于打壓的端口，在人機(jī)操作界面
的面板上配置有21個(gè)操作鍵，分為方向控制、單動(dòng)控制、菜單操作和啟停控制 4個(gè)操作區(qū)；每個(gè)鍵都配置有一個(gè)指示燈，用來進(jìn)行鍵盤操作提示和鍵盤操作導(dǎo) 航，另外還有一個(gè)電源指示燈和兩個(gè)狀態(tài)指示燈，共24個(gè)指示燈；配置有一個(gè) OLED顯示器，可以顯示4行8列漢字；配置有一個(gè)急停開關(guān)和閉鎖開關(guān)，用來 進(jìn)行急?？刂坪烷]鎖操作，急停開關(guān)和閉鎖開關(guān)采用自鎖按鈕，按下狀態(tài)被保 持。
實(shí)施例/v
是實(shí)施例所敘述的是在控制單元和人機(jī)界面單元中使用的密封膠。密封膠 可以使用多種。例如環(huán)氧樹脂或硅膠或其他密封膠?；疽笫橇鲃?dòng)性好，使 用方便，對(duì)電子元件沒有腐蝕作用。本實(shí)施例使用的是環(huán)氧樹脂。
通過對(duì)控制器結(jié)構(gòu)的分離，使控制器的核心部分(支架控制器)核心電路 可以放置于一個(gè)開口的殼體中，并使用環(huán)氧樹脂灌封，從而保證了支架控制器
可以放置于水下長期工作，人機(jī)界面使用開U型槽，嵌入O型圈密封進(jìn)行密封， 可以在1.2m深水下連續(xù)工作，由于人機(jī)界面安裝方便，可以安裝在面朝支架， 不易受損的位置，防止偏幫煤砸壞面板，從而提高了人機(jī)操作界面的防護(hù)等級(jí) 和防護(hù)效果。
權(quán)利要求
1.一種工作面支架控制裝置包括與行程傳感器、壓力傳感器連接的數(shù)據(jù)采集模塊、CPU、通過CAN總線與其他支架聯(lián)系的通訊模塊、與電磁先導(dǎo)閥連接的驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)界面模塊，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊、CPU、驅(qū)動(dòng)模塊組成控制單元，所述控制單元安裝在一塊控制器印刷電路板上，所述的控制器印刷電路板密封在控制器盒殼體內(nèi)；所述的人機(jī)界面模塊組成人機(jī)界面單元，所述的人機(jī)界面單元安裝在一塊人機(jī)界面印刷電路板上，所述的人機(jī)界面印刷電路板密封在人機(jī)界面盒殼體內(nèi)，所述的控制單元與人機(jī)界面單元通過通訊電纜連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所述的 控制器盒殼體為金屬矩形盒體，所述的盒體為四周邊與一底面焊接結(jié)合一體， 有一與盒體形狀和大小相適應(yīng)的盒蓋，所述的盒蓋用螺4丁固定在盒體上；所述 的控制器印刷電路板由螺釘固定在盒中，盒中灌注密封膠，所述的密封膠的灌 注高度超過電子元件的高度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，控 制器盒的一側(cè)配置有8個(gè)與驅(qū)動(dòng)模塊連接的電磁閥電纜插座，另一側(cè)配置有2 個(gè)與通訊^t塊連接的與左右鄰架通訊的4芯電纜插座，1個(gè)與CPU連接的與人 機(jī)界面單元通訊的4芯電纜插座，1個(gè)與數(shù)據(jù)采集模塊和行程傳感器連接的4芯 電纜插座，2個(gè)與數(shù)據(jù)釆集模塊連接的壓力傳感器的4芯電纜插座，l個(gè)與數(shù)據(jù) 釆集模塊連接的位置監(jiān)測(cè)傳感器的4芯電纜插座。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所述的 控制器盒殼體和盒蓋由不銹鋼或表面鍍有防腐層的普通結(jié)構(gòu)鋼制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所述的 控制器盒中灌注的密封膠是環(huán)氧樹脂或硅膠。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所述的 人機(jī)界面單元包括作為核心器件的人機(jī)界面CPU、鍵盤和與鍵盤連接的鍵盤 掃描電路、顯示指令的漢字顯示屏及其與漢字顯示屏連接的顯示電路、蜂鳴器 和與蜂鳴器連接的音響告警電路、急停開關(guān)和與急停開關(guān)連接的急停鎖閉電路、 與控制單元進(jìn)行通訊的與4芯電纜插座連接的通訊電路；所述的鍵盤電路、顯 示電路、音響告警電路、急停鎖閉電路、通訊電路與人機(jī)界面CPU連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所 述的人機(jī)界面盒殼體為金屬矩形盒體，所述的盒體為四周邊與一底面焊接結(jié)合 一體，殼體的敞口端有一金屬臺(tái)階，臺(tái)階與周邊結(jié)合處相鄰位置有一凹槽，凹 槽內(nèi)有O型圈，有一與四周邊形狀和大小型適應(yīng)的盒蓋，所述的盒蓋用螺釘固 定在金屬臺(tái)階上，所述的盒蓋上布置有按鍵區(qū)、按鈕區(qū)、漢字顯示器；人機(jī)交 互印刷電路板由螺釘固定在盒中，盒中灌密封膠，所述的密封膠的灌注高度超 過電子元件的高度；盒的底部一側(cè)有一矩形突起，所述突起的一側(cè)面裝有l(wèi)個(gè) 與控制單元通訊的4芯電纜插座，另一側(cè)面裝有蜂鳴器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所述的 人機(jī)界面盒殼體的盒蓋上的按鍵區(qū)和按鈕區(qū)，所述的按鍵區(qū)中的按鍵上部為盒 蓋的方形孔下部為密封性軟按鍵；按鈕區(qū)中的按鈕是水密蘑菇型按鈕；所述的 按鍵區(qū)和按鈕區(qū)包括單動(dòng)作控制區(qū)、方向控制區(qū)、菜單操作區(qū)、啟?？刂茀^(qū)。
9. 才艮據(jù)權(quán)利要求8所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所述的 人機(jī)界面盒殼體和盒蓋由不銹鋼或表面鍍有防腐層的普通結(jié)構(gòu)鋼制成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種工作面支架控制裝置，其特征在于，所述的 人機(jī)界面盒中灌注的密封膠是環(huán)氧樹脂或硅膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工作面支架控制裝置，是一種用于煤礦井下的綜采工作面上的液壓支架的電子控制裝置。本發(fā)明包括與行程壓力傳感器連接的數(shù)據(jù)采集模塊、CPU、通過CAN總線與其他支架聯(lián)系的通訊模塊、與電磁先導(dǎo)閥連接的驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)界面模塊，數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊、CPU、驅(qū)動(dòng)模塊組成控制單元，控制器單元密封在控制器盒殼體內(nèi)。人機(jī)界面模塊組成人機(jī)界面單元。人機(jī)界面單元密封在人機(jī)界面盒殼體內(nèi)，控制單元與人機(jī)界面單元通過通訊電纜連接。將支架控制器可靠性指標(biāo)低的易損件分離出來，提高了支架控制器的可靠性，同時(shí)改善支架控制單元中易損件的工作環(huán)境，降低其對(duì)控制系統(tǒng)的影響程度。
文檔編號(hào)E21D23/12GK101109284SQ200710118489
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者良 張, 張龍濤, 牛劍峰 申請(qǐng)人:北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司