一种遥控型液压支架电液控制系统
技术领域
本实用新型涉及综采工作面液压支架控制技术领域，尤其涉及一种遥控型液压支架电液控制系统。
背景技术
综采工作面液压支架电液控制系统是煤矿综采工作面自动化控制的关键技术，尤其是用于综采工作面的液压支架电液控制系统，工作面一般由100-200台液压支架，每台液压支架上安装一套支架控制单元，支架控制单元由支架控制器和传感器等组成，支架控制器之间通过电缆连接器相互连接，现有支架控制器均配置有操作键盘，急停按钮，显示器、指示灯、蜂鸣器、驱动器等。
由于工作面生产过程中，采煤机割煤时会产生大量的粉尘，在割煤时采煤机和液压支架会不停的喷雾降尘，在支架控制器的操作键盘上沉积了大量的粉尘和水雾，影响工人操作。为了方便操作和进行标准化作业，工人会使用高压水枪冲洗支架控制器操作键盘，因此，井下工作面使用的支架控制器键盘经常会出现受潮，甚至还会出现支架控制器进水等问题，经常需要在井下更换支架控制器操作键盘，甚至更换整个支架控制器，增加了工作面支架控制器的维护量，液压支架电液控制系统的可靠性不能满足工作面正常生产需求。
同时，由于每架都配置操作键盘，割一刀煤才能做一次操作，在进行跟机自动化操作时，操作键盘就根本使用不上了，操作键盘的利用率不高，同时也大大增加了系统使用费用。
另外，液压支架的自动控制主要依据采煤机位置信息，而采煤机位置信息是通过在采煤机上安装一台红外发射器，在每台液压支架上安装红外接收器，通过红外发射器发射红外信号，液压支架上的红外接收器接受红外信号，然后通过支架控制器报送给工作面端头的信号转换器，在信号转换器上通过计算，得出采煤机位置，然后再发送到全工作面，工作面液压支架电液控制系统依据采煤机位置信息，依据采煤工艺，自动控制液压支架动作，实现液压支架的自动移机、自动推溜等动作。但在实际应用过程中，由于受工作面粉尘的影响，红外接收器上经常会沾粘上粉尘，甚至红外接收器会进水，导致红外接收器工作不稳定，甚至不工作，使得信号转换器计算出来的位置不连续，经常会出现跳变，导致液压支架跟机自动化功能不可靠。
以上因素都直接影响到液压支架电液控制系统的可靠性和稳定性，也使得液压支架电液控制系统的维护成本增加，直接影响到液压支架电液控制系统跟机自动化的使用效果。
实用新型内容
针对上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种遥控型液压支架电液控制系统，该系统将支架控制器上的操作键盘和急停闭锁开关等可活动的部件分离出来，避免支架控制器受潮，提高支架控制器的可靠性，采煤机位置辨识采用无线通信测距方式，提高了采煤机位置检测的稳定性和可靠性，进而提升了降低了整个系统的成本。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
一种遥控型液压支架电液控制系统，包括采煤机位置发射装置和多台液压支架，各所述液压支架均包括电连接的支架控制器和多功能急停开关装置，所述支架控制器密封在所述液压支架上，所述多功能急停开关装置独立设置；所述多功能急停开关装置上设置有用于急停闭锁的急停开关；所述系统还包括至少一个支架遥控器，所述支架遥控器上设置有用于人机交互的键盘，所述支架遥控器与各所述多功能急停开关装置均为无线通信连接；所述支架遥控器传输数据给与其建立无线连接的所述多功能急停开关装置，所述多功能急停开关装置再传输数据给对应的所述支架控制器，所述支架控制器根据数据控制所在所述液压支架或传输数据给所述支架遥控器选定的所述液压支架的所述支架控制器；所述采煤机位置发射装置与各所述多功能急停开关装置均为无线通信连接；所述采煤机位置发射装置通过无线测距方式确定距离最近的所述多功能急停开关装置，并与该多功能急停开关装置建立无线通信连接，将该多功能急停开关装置所在所述液压支架的支架编码作为位置信号，该位置信号通过无线通信传输至该多功能急停开关装置，该多功能急停开关装置再传输给与对应的所述支架控制器，所述支架控制器再传输给各所述液压支架的所述支架控制器。
优选方式为，各所述支架控制器均采用全灌封方式密封。
优选方式为，所述多功能急停开关装置包括第一无线通信模块和第一有线通信模块；所述多功能急停开关装置通过所述第一无线通信模块与所述支架遥控器进行无线通信传输数据；
所述多功能急停开关装置通过所述第一有线通信模块与所述支架控制器的第二有线通信模块电连接传输数据。
优选方式为，所述多功能急停开关装置通过4芯线缆与所述支架控制器电连接，该4芯线缆包括一条电源线，一条电源馈线，一条地线和一条第一CAN总线；所述第一有线通信模块和所述第二有线通信模块均为CAN总线通信模块，所述第一CAN总线电连接所述第一有线通信模块和所述第二有线通信模块。
优选方式为，相邻两所述液压支架的所述支架控制器通过4芯线缆电连接，该4芯线缆包括一条电源线，一条地线，一条第二CAN总线和一条单向通信线；所述单向通信线用于相邻两所述液压支架之间通信传输数据；所述第二CAN总线为CAN_BUS，所有所述支架控制器的CAN_BUS线搭接在一起，以实现点对点传输数据。
优选方式为，所述支架遥控器包括第二无线通信模块，所述第二无线通信模块用于与所述第一无线通信模块进行无线通信传输数据。
优选方式为，所述采煤机位置发射装置包括第三无线通信模块和距离计算单元，所述第三无线通信模块用于与所述第一无线通信模块进行无线通信传输数据；所述距离计算单元利用无线测距功能测量距离。
优选方式为，无线通信为UWB无线通信或Zigbee无线通信。
优选方式为，所述多功能急停开关装置包括电源模块、急停闭锁模块和显示模块，所述电源模块通过电源馈线与对应的所述支架控制器的驱动模块电连接；所述急停闭锁模块包括所述急停开关，所述急停开关动作，使所述电源馈线失电令所述驱动模块断电液压支架停止动作，使所述多功能急停开关装置生成急停信号或闭锁信号，并通过所述第一CAN总线传输至支架控制器，支架控制器急停或闭锁，或支架控制器通过所述第二CAN总线传输急停信号给各所述液压支架的所述支架控制器；所述显示模块用于显示所述系统各状态。
优选方式为，所述多功能急停开关装置还包括声光报警模块，所述声光报警模块包括多色指示灯和蜂鸣器，所述多色指示灯包括环设在所述急停开关四周。
采用上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：
由于本实用新型的遥控型液压支架电液控制系统，包括采煤机位置发射装置、多台液压支架及至少一个支架遥控器，各液压支架均包括密封在液压支架上的支架控制器，及独立设置的多功能急停开关装置，其中多功能急停开关装置上设置有用于急停闭锁的急停开关，多功能急停开关装置与采煤机位置发射装置无线通信连接；其中支架遥控器上设置有用于人机交互的键盘，支架遥控器与各多功能急停开关装置均为无线通信连接。由上述可知，密封设置的支架控制器，避免受潮影响性能和寿命，现有技术中支架控制器上设置的键盘、急停开关等可活动部件，分设在多功能急停开关装置或支架遥控器上，从而使键盘、急停开关等不会有积尘、也不会受潮而影响性能和寿命。
在使用时，支架遥控器通过键盘输入的数据，通过无线通信传输至多功能急停开关装置，多功能急停开关装置再传输至与其电连接的支架控制器，支架控制器根据数据控制所在液压支架，或者传输数据至工作面的各液压支架上，实现整个系统控制。同上多功能急停开关装置生成的急停信号或闭锁信号，可传输至所在支架控制器或工作面上所有支架控制器，从而实现整个系统的急停或闭锁控制。
由于各支架控制器均采用全灌封方式密封，支架控制器避免受潮、积沉而影响性能、寿命。
由于多功能急停开关装置通过4芯线缆与支架控制器电连接，该4芯线缆包括一条电源线，一条电源馈线，一条地线和一条第一CAN总线；第一有线通信模块和第二有线通信模块均为CAN总线通信模块，第一CAN总线电连接第一有线通信模块和第二有线通信模块，利用CAN总线可靠传输数据。
由于相邻两液压支架的支架控制器通过4芯线缆电连接，该4芯线缆包括一条电源线，一条地线，一条第二CAN总线和一条单向通信线，单向通信线用于相邻两液压支架之间点对点通信，第二CAN总线为CAN_BUS，所有支架控制器的CAN_BUS线搭接在一起，以实现点对点传输数据；通过4芯线缆实现各液压支架的内部控制，进一步提高系统的稳定性和可靠性。
由于无线通信为UWB无线通信或Zigbee无线通信，利用无线通信实现整个系统的控制。
由于多功能急停开关装置还包括声光报警模块，声光报警模块包括多色指示灯和蜂鸣器，多色指示灯包括环设在急停开关四周；利用多功能急停开关装置的声光，发出整个系统的警示。
综上所述，本实用新型的遥控型液压支架电液控制系统与现有技术相比，解决了现有技术中支架控制器因受潮，而影响整个系统稳定性和可靠性的技术问题；而本系统通过移除支架控制器上的键盘，替换为支架遥控器上的键盘，减少了键盘数量，降低了投入费用，并且操作人员手持的支架遥控器改善了使用环境，提高键盘的可靠性和使用寿命，还便于观察支架动作的地方操作，提高了支架电液控制系统操作的便捷性；同时独立设置的多功能急停开关装置，可根据需求安装合适的位置，提升了系统适用性能，提高了工作面的安全性能；采用无线通信方式定位采煤机位置，提高了采煤机位置检测系统对恶劣的生产环境的适应性能，减少了位置信息远程传输时间和传输的可靠性问题，提高了采煤机位置报送效率和响应时间。
附图说明
图1是本实用新型遥控型液压支架电液控制系统的原理框图；
图2是本实用新型中多功能急停开关装置的示意图；
图3是本实用新型中多功能急停开关装置的另一角度示意图；
图4是为UWB无线测距的原理示意图；
图5是为ZigBee无线测距的原理示意图；
图中：1-支架控制器，2-多功能急停开关装置，20-急停开关，200-蘑菇头按钮，21-红色LED灯，23-CAN总线通信模块，24-第一无线通信模块，25-显示屏，26-蜂鸣器，3-支架遥控器，4-采煤机位置发射装置，5-耦合器，6-电源箱，7-4芯连接器。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例一：
如图1至图4共同所示，一种遥控型液压支架电液控制系统，包括多台液压支架，采煤机位置发射装置4，耦合器5，电源箱6，各液压支架均包括电连接的支架控制器1和多功能急停开关装置2，支架控制器1密封在液压支架上，多功能急停开关装置2独立设置。
其中电源箱6为支架控制器1、多功能急停开关装置2和耦合器5供电；耦合器5用来隔离不同电源组，并能够实现支架控制器1之间的通讯。
其中多功能急停开关装置上设置有用于急停闭锁的急停开关20。
系统还包括至少一个支架遥控器3，支架遥控器3上设置有用于人机交互的键盘，支架遥控器3与各多功能急停开关装置均为无线通信连接，支架遥控器3传输数据给与其建立无线连接的多功能急停开关装置2，多功能急停开关装置2再传输数据给对应的支架控制器1，支架控制器1根据数据控制所在液压支架或传输数据给支架遥控器3选定的液压支架的支架控制器1。
其中采煤机位置发射装置4与各多功能急停开关装置2均为无线通信连接；采煤机位置发射装置4通过无线测距方式确定距离最近的多功能急停开关装置2，并与该多功能急停开关装置2建立无线通信连接，将该多功能急停开关装置2所在液压支架的支架编码作为位置信号，该位置信号通过无线通信传输至该多功能急停开关装置2，该多功能急停开关装置2再传输给与对应的支架控制器1，支架控制器1再传输给各液压支架的支架控制器1。
如图1所示，本实用新型的遥控型液压支架电液控制系统使用时，支架遥控器3与某一多功能急停开关装置2建立无线通信连接，本例中支架遥控器3利用无线测距功能确定与其距离最近的多功能急停开关装置2，并其建立无线通信连接。同理，采煤机位置发射装置4与某一多功能急停开关装置2建立无线通信连接，本例中与距离最近的多功能急停开关装置2建立无线通信连接。然后，操作人员操控支架遥控器3上的键盘，输入工作面上液压支架的控制数据或参数、功能设定等数据，数据被传输至对应的支架控制器1，实现液压支架的控制。而采煤机位置发射装置4确定距离位置信号后，位置信号被传输至工作面上的各液压支架的支架控制器1，实现采煤控制。使用时，多功能急停开关装置2所生成的急停信号和闭锁信号，被传输至工作面上的液压支架后，实现了闭锁和急停控制。可见，利用本系统可完成工作面上所有液压支架的控制，又因实用新型中所使用的支架遥控器3和多功能急停开关装置2，不会发生受潮的情况，从而使整个系统的数据传输更加实时、稳定和可靠，进而使工作面上所有液压支架控制更加稳定和可靠。
支架遥控器3包括用于供电的电池、键盘和第二无线通信模块，键盘用于人机交互，第二无线通信模块用于与(多功能急停开关装置的)第一无线通信模块24进行无线通信传输数据，支架控制器1内部可设置有控制单元，该控制单元分别与电池、键盘和第二无线通信模块电连接，由控制单元去识别键盘按下动作，由控制单元内置无线测距功能，控制第二无线通信模块与第一无线通信模块24建立无线通信连接传输数据。控制单元为但不限于单片机，因单片机与第二无线通信模块、键盘之间的电连接均为现有技术，在此不再详细描述。
本例中各支架遥控器3均内置一个固定的ID号，通过ID号辨识支架遥控器3。支架遥控器3通过无线测距功能，自动扫描辨识距离其最近的一个液压支架的多功能急停开关装置2，并与其自动建立无线通信连接传输数据。
如图2和图3所示，多功能急停开关装置2包括第一无线通信模块24和第一有线通信模块；多功能急停开关装置2通过第一无线通信模块24与支架遥控器3进行无线通信传输数据，通过第一有线通信模块与支架控制器的第二有线通信模块电连接传输数据。
如图2所示，多功能急停开关装置2通过4芯线缆与所在液压支架的支架控制器电连接，支架控制器1与多功能急停开关装置2上均设置有4芯连接器7，该4芯线缆包括一条电源线，一条电源馈线，一条地线和一条第一CAN总线；第一有线通信模块和第二有线通信模块均为CAN总线通信模块23，第一CAN总线电连接第一有线通信模块和第二有线通信模块。
多功能急停开关装置2包括电源模块、急停闭锁模块和显示模块，其中电源模块通过电源馈线与所在支架控制器的驱动模块电连接；急停闭锁模块包括急停开关20，急停开关20动作使电源馈线失电令支架控制器的驱动模块断电，从而使所在液压支架停止动作达到急停的目的，同时多功能急停开关装置2生成急停信号，急停信号通过第一CAN总线传输给所在液压支架的支架控制器，该支架控制器急停，并通过第二CAN总线传输急停信号给工作面各液压支架，使所有液压支架停止动作进入急停状态。急停开关20动作进入闭锁状态时，多功能急停开关装置2生成闭锁信号，闭锁信号通过第一CAN总线传输给所在液压支架的支架控制器，该液压支架进入闭锁状态。
如图2和图3所示，本例中急停开关20为红色的蘑菇头按钮200，蘑菇头按钮200为具有自锁功能的开关，直接按下开关时为急停，旋转90°时为闭锁。当开关转到90°时为闭锁控制，使电源馈线12V失电，使得支架控制器驱动电路模块断电，停止所在液压支架动作，同时多功能急停开关装置2还会通过第一CAN总线向支架控制器发出一个闭锁信号，使得所在液压支架的支架控制器1处于闭锁状态。
如图2所示，多功能急停开关装置2的显示模块用于显示系统各状态，显示模块包括显示屏25，当多功能急停开关装置2与支架遥控器3建立无线通信连接后，其显示屏25可用于显示所在液压支架编号、显示支架控制器通过键盘输入的数据，显示所在液压支架的控制参数、显示传感器数据、显示急停或闭锁状态等；即该多功能急停开关装置2的显示屏25作为整个系统的显示屏使用，使支架遥控器3上无需设置显示屏，结构优化，合理利用。多功能急停开关装置2内可设置控制单元，该控制单元为但不限于单片机，此单片机分别与各模块电连接，控制各模块工作，而单片机控制各模块工作为现有技术，在此不再详细描述。
如图2和图3所示，多功能急停开关装置2还包括声光报警模块，声光报警模块包括多色指示灯和蜂鸣器26，多色指示灯包括环设在急停开关20四周的红色LED灯21和黄色LED灯，急停开关20动作后红色LED灯21亮，本例中急停开关20周围一圈的红色指示灯10和黄色LED灯，当急停开关20动作进入急停状态时，红色LED灯被点亮。多功能急停开关装置2还可通过继电器切断急停开关20与支架控制器之间的电源馈电线路，进入闭锁状态后，此时点亮黄色指示灯。
本例中各支架控制器均采用全灌封方式密封，各液压支架上可活动部件均可设在支架遥控器3上；从而提高液压支架电液控制系统的可靠性。
如图1所示，相邻两液压支架的支架控制器1通过4芯线缆电连接，4芯线缆包括一条电源线，一条地线，一条第二CAN总线和一条单向通信线，单向通信线用于相邻两液压支架之间点对点通信，第二CAN总线为CAN_BUS，所有支架控制器1的CAN_BUS线搭接在一起，以实现点对点传输数据，此结构为有线连接。
当支架遥控器3与近多功能急停开关装置2建立无线通信连接后，操作支架遥控器3控制液压支架时，应先选择被控制液压支架，如左邻液压支架或右邻液压支架，然后支架遥控器3将控制数据传输至与其连接的多功能急停开关装置2，该多功能急停开关装置2将控制数据传输至所在液压支架的支架控制器1，支架控制器1解析控制数据后，通过通向邻架的单向通信线，本例中单向通信线为LIN总线(串行通信总线)，将控制数据传输至选定的液压支架的支架控制器。当被控液压支架被选中时，液压支架进入受控状态，该液压支架的支架控制器1将控制数据传送到所在液压支架的多功能急停开关装置2上，通过多功能急停开关装置2的显示屏25显示状态、预警提示等，同时该多功能急停开关装置2控制红色指示灯21闪烁警示，蜂鸣器26发出鸣叫。
LIN总线通信是一种低成本的串行通信技术，普遍用于汽车行业，较为成熟，把该项技术应用于支架邻架之间的控制，其控制电路简单可靠。
如图1所示，采煤机位置发射装置4包括用于供电的电源，第三无线通信模块和距离计算单元，第三无线通信模块用于与第一无线通信模块24进行无线通信传输数据；距离计算单元用于利用无线测距功能测量距离。
需要特别说明的是：本实施例采用UWB无线通信，第一无线通信模块、第二无线通信模块和第三无线通信模块均为UWB无线通信模块。
UWB是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，工作频段在3.1GHZ～10.6GHZ，频宽典型值为500MHZ或者1GHZ，所以可以获取亚纳米的精确时间。UWB超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此，超宽带技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航，且能提供十分精确的定位精度。系统定位精度高达三维15cm。而一般液压支架宽度为150cm-240cm，因此，该项无线测距精度能够满足工作面采煤机定位需求。
UWB无线测距原理，如图4所示，TOF测距方法属于双向测距技术，它主要利用信号在两个异步收发机之间飞行时间来测量节点间的距离。因为在视距视线环境下，基于TOF测距方法是随距离呈线性关系，所以结果会更加精准。将发送端发出的数据包和接收回应的时间间记为Ttot,接收端收到数据包和发出回应的时间间隔记为Ttat,那么数据包在空中单向飞行的时间Ttof可以计算为：
Ttof＝(Ttot-Ttat)/2
根据Ttof与电磁波传播速度便可计算出两点间的距离，C为光速：
D＝CXTtof。
如图1至图4所示，本实施例的遥控型支架电液控制系统，包括支架控制器1，多功能急停开关装置2，支架遥控器3，采煤机位置发射装置4，耦合器5和电源箱6。每一支架控制器1和多功能急停开关装置2之间采用CAN总线连接，多功能急停开关装置2和支架遥控器3、采煤机位置发射装置4之间采用无线UWB进行数据通讯，支架控制器1之间通过4芯连接器相互连接，支架控制器1与多功能急停开关装置2通过4芯连接器15相连，构成了整个液压支架电液控制系统的有线+无线通讯网络系统，有线通讯采用单线CAN总线+串行总线，无线通讯采用UWB，有线通讯负责完成支架电液控制系统内部功能实现，无线通讯负责完成对外交互和采煤机位置信息获取等外部功能实现。
在工作面中会有多台液压支架用来支撑采煤工作面的空间场，支架控制器1安装在工作面中的液压支架上，用于控制液压支架的动作。每一支架控制器1有4条CAN总线，其中1条用于支架控制器本身与外部信息的交互，这条CAN总线与多功能急停开关装置2相连，用以接收遥控器发送来的键盘命令和采煤机位置发射装置4报送来的采煤机位置信息。另外2条串行总线使用LIN总线，用来与左右相邻的支架控制器进行数据通信，这两条总线主要用于支架动作控制命令的传送。最后1条是CAN总线也称之为CAN_BUS，是将全工作面支架控制器的这条CAN总线都挂在这条线上，因此，可以实现全工作面范围的远程点对点数据通信，可以广播的形式发布信息，如采煤机位置信息就采取这种方式来报送，这条总线主要用于工作面数据上报。支架控制器具有26功能，即可以同时驱动26路电磁阀来控制液压支架的13个油缸的往返动作。
本实施例与现有技术相比，具有以下优势：
采用的UWB无线通信方式，具有高抗干扰、高穿透等优势性能，在煤矿工作面具有较高的可靠性能。本实施例使用UWB测距技术，实现了支架遥控器的自动连接、数据通讯和支架安全闭锁，提升了液压支架电液控制系统的操作便捷性和适应性。使用UWB测距技术，实现了采煤机位置自动判别与就地检测报送，提升了采煤机位置检测系统的实时性、稳定性和可靠性。
实现点对点将支架控制器上的键盘易损件和可活动的急停闭锁开关裁剪掉，使得支架控制工期可以采用全灌封措施，提升了支架控制器的可靠性。键盘从支架控制器上挪移到支架遥控器上后，工作面改用支架遥控器进行操作，键盘数量从平均150架减少到4个，节省操作键盘数量97％。降低了工作面设备投入费用。
实施例二：
如图5所示，本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：
无线通信采用ZigBee无线通信技术，即第一无线通信模块、第二无线通信模块和第三无线通信模块，均为ZigBee无线通信模块，利用ZigBee无线通信进行无线测距。
Zigbee是一种2.4GHz频段250kb/s的低速率、低功耗、短距离(10-75m)、低延时的无线通信技术。Zigbee测距原理如图5所示，基于RSSI的测距技术是利用无线电信号随距离增大而有规律地衰减的原理来测量节点间的距离的。接收信号强度RSSI与传输距离d的关系如下所示：
RSSI＝-(10×n×lgd+A)
d＝10^((abs(RSSI)-A)/(10*n))
式中，n表示信号传播常数，也叫传播系数；d表示与发送者的距离；A表示距发送者1m时的信号强度。测距精度的高低受到n与A实际取值大小的影响较大。A是一个经验参数，可以通过测量距离发送者1m处的RSSI值得到。n是用来描述信号强度随距离增加而递减的参量，n的大小依赖具体的环境。为了得到最优的n值，可以先放置好所有的参考节点，然后尝试用不同的n_index值找到最适合这个具体环境的n值。
以上所述为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种遥控型液压支架电液控制系统的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
