基于16位单片机的液压支架控制器开发

摘要

本课题是国家国际科技合作专项（S2013ZR0493）“无人值守工作面液压支架电液控制系统的研制”的主要内容。立项以来，已开发出基于C8051F020单片机的ZDYZ-JK型液压支架间架控制器，并于2013年7月起，在晋煤集团古书院矿进行了工业性试验，在工业性试验过程中，还存在着系统功能缺少，产品性能稳定性不足等问题。随着技术的进一步发展，国内电液控制技术水平不断进步，功能不断完善，且煤矿自动化生产对液压支架的自动控制要求不断提高。
　　针对上述问题，项目组开展了基于16位单片机的电液控制系统研制，确定了液压支架控制器的总体设计方案，开发了部分软硬件。但与国内外先进的系统相比，结合本项目上一代控制器在井下运行的实际情况，现有设计方案仍存在一定的缺陷。因此，本课题的研究内容就是在现有第二代支架控制器设计方案的基础上，改进各项设计，完善有关功能。并根据项目实际需求，开展液压支架乳化液高压反冲洗过滤站控制器的研究，制定其总体设计方案，开发其硬件软件。本文主要研究内容如下：
　　1、通过借鉴国内外先进的支架控制器，总结已开发成功的支架控制器井下运行经验，分析现有方案的缺陷，提出了基于16位单片机的支架控制器改进设计方案，进行了硬件电路设计、开发了系统应用程序、完善了系统功能。
　　2、依据改进设计方案，在硬件电路方面：重新设计了电磁阀驱动电路，提高了控制器驱动的可靠性；提出了电源电路、通信电路的EMC措施，提高了控制器抗扰性。在系统应用软件方面：开发了液压支架姿态调整程序、液压支架双向排序程序、液压支架控制警示程序、液压支架反冲洗过滤程序、液压支架故障诊断程序等程序；改进了模拟量采集程序、急停程序等，拓展了液压支架控制器的功能，提高了控制器的实用性。在实验室试验平台上反复对改进型液压支架控制器进行试验，验证了设计方案，检验了各项程序运行的稳定性和可靠性。
　　3、研究了液压支架乳化液高压反冲洗过滤站控制技术，提出了控制器的总体方案。通过分析乳化液高压反冲洗过滤站的控制需求，确定其过滤站控制器的硬件架构，制定控制器控制模式及各项功能。
　　4、开发了液压支架乳化液高压反冲洗过滤站控制器，提出了控制器运行的三种操作模式：自动控制、半自动控制、手动控制。开发了过滤站控制器硬件电路，设计了三种操作模式的控制程序以及传感器故障、滤网故障等故障诊断程序及参数设置程序。通过进行实验室调试，检验了各项功能的运行情况，实现了乳化液高压反冲洗过滤站的自动冲洗作业，提高了系统的自动化程度和系统可靠性。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 液压支架电液控制器国内外发展与现状

1.3 液压支架乳化液反冲洗过滤站控制器国内外发展与现状

1.4 本课题研究现状及问题

1.5 本课题研究目标及主要内容

第二章 液压支架电液控制系统支架控制器改进设计方案

2.1 液压支架控制器

2.2 现有液压支架电液控制器设计及分析

2.3 液压支架电液控制系统支架控制器改进设计方案

2.4 本章小结

第三章 液压支架电液控制系统支架控制器改进开发

3.1 支架控制器硬件设计

3.2 支架控制器软件设计

3.3 实验室试验

3.4 本章小结

第四章 液压支架乳化液高压反冲洗过滤站控制器总体设计方案

4.1 液压支架乳化液高压反冲洗过滤站

4.2 控制器整体方案设计

4.3 控制器功能

4.4 控制器的主要技术指标

4.5 本章小结

第五章 液压支架乳化液高压反冲洗过滤站控制器开发

5.1 控制器硬件设计

5.2 控制器软件设计

5.3 控制器实验室调试

5.4 本章小结

第六章 可靠性措施及稳定性测试

6.1 控制器硬软件可靠性措施

6.2 控制器稳定性测试

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果

发表的科技论文

参与的科研项目