技术领域
[0001] 本实用新型涉及电控装置，具体涉及液压支架电控装置。
背景技术
[0002] 液压支架是
煤矿井下综采工作面使用的重要设备，此设备对井下作业保护作业人员安全和提高井下生产效率都有较大的作用。每个综采工作面一般有上百台液压支架支架，而每台支架上都由自己独立的液压系统，液压系统包括液压油缸和液压控制系统，液压控制系统又分为由液压
阀和液压支架电液控制装置组成，早期的液压控制系统只有单独的
液压阀控制部件，也即是俗称的手动控制，这样的操作方式劳动强度大，作业人员需要在每台支架上来回走动操作，作业人员的人身安全得不到保障，井下采煤生产效率较低。20世纪90年代以来，我国煤矿企业使用的液压支架电液控制系统主要是德国DBT和美国JOY公司的，其成本高、
人机界面操作困难，增加了煤矿企业的维护成本。
[0003] 液压支架电液控制装置即支架电控装置作为一种
电子控制技术在矿山领域应用的新设备，其核心部件是每台液压支架上的
控制器，控制器与控制器之间采用
现场总线通讯进行数据传输，通过现场总线实现相互控制操作，极大地提高了井下生产效率，同时保证了井下作业人员的人身安全。支架电控装置已成为井下采煤必可不少的配置设备，它的出现从某种意义上实现了井下采煤的综合机械化程度。
发明内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种性能可靠、功能多的液压支架电控装置。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，提供液压支架电控装置,包括控制器、
传感器、红外发射器，其中，控制器包括CPU
电路、驱动模
块、人机界面操作与显示模块、数据通讯模块、红外线接收模块和
数据采集模块，其特征在于：
[0006] 所述红外线接收模块接收红外发射器输出的数据，并将收到的数据进行处理后输出到数据采集模块；
[0007] 所述数据采集模块接收传感器和红外线接收模块输出的数据，并将接收到的数据进行滤波、数据选择和阻抗匹配处理后，输出到CPU电路；
[0008] 所述CPU电路接收数据采集模块输出的数据，将数据采集模块输出的数据进行处理后，输出控制
信号到驱动模块和数据通讯模块；并且，CPU电路接收人机界面操作与显示模块输出的操作指令，同时输出
控制信号和数据信号到人机界面操作与显示模块；CPU电路还接收数据通讯模块输出的指令信号，输出控制信号到数据通讯模块；
[0009] 所述数据通讯模块接收CPU电路输出的控制信号，与监控中心和工作面上其他控制器的数据通讯模块进行通讯；并且，数据通讯模块将监控中心和工作面上其他控制器的数据通讯模块发出的指令信号输出到CPU电路；数据通讯模块使工作面上控制器与控制器之间采用现场总线进行数据传输，通过现场总线实现相互控制操作，极大地提高了井下生产效率，同时保证了井下作业人员的人身安全；
[0010] 驱动模块接收CPU电路输出的控制信号，输出驱动信号到外部电磁
先导阀；同时，驱动模块输出反馈信号到CPU电路；
[0011] 人机界面操作与显示模块输出操作指令信号到CPU电路，同时将CPU电路输出的控制信号和数据信号进行处理后，进行
人机交互显示与系统状态信息显示。
[0012] 根据本实用新型所述的液压支架电控装置的又一个优选方案，所述控制器还包括
电流检测模块；所述电流检测模块将检测的数据进行处理后输出到数据采集模块； [0013] 所述数据采集模块还接收电流检测模块输出的数据，并将接收到的数据进行滤波、数据选择和阻抗匹配处理后，输出到CPU电路；
[0014] 所述电流检测模块9主要检测数据通讯线上的电流、内部工作电流、驱动模块线上的电流和传感器线上的电流，保证了系统的可靠性。
[0015] 根据本实用新型所述的液压支架电控装置的又一个优选方案，所述CPU电路还输出控制信号到外部
电磁阀驱动器，同时，接收外部电磁阀驱动器输出的反馈信号；该优选方案保证了液压支架电控装置能够控制外部电磁阀驱动器，实现了液压支架电控装置的功能扩展。
[0016] 根据本实用新型所述的液压支架电控装置的又一个优选方案，所述的红外线接收模块由红外线接收头电路、
逻辑门电路、第二
单片机电路、比较输出电路和AD数据转换模块构成，其中，红外线接收头电路接收红外发射器发射的同
波长同
频率信号，输出到
逻辑门电路，逻辑门电路将收到的
信号处理后，产生一个外部中断信号给第二单片机电路，同时，逻辑门电路输出检测信号到第二单片机电路，第二单片机电路将收到的信号进行逻辑运算处理后，将处理后的信号输出到比较输出电路，比较输出电路将收到的信号进行处理后输出方波信号到AD数据转换模块，AD数据转换模块进行A/D数据转换后将数据输出到数据采集模块。
[0017] 根据本实用新型所述的液压支架电控装置的又一个优选方案，所述CPU电路包括单片机U8。
[0018] 根据本实用新型所述的液压支架电控装置的又一个优选方案，所述数据通讯模块包括集成电路总线控制器U3、信号收发器U16、U17，集成芯片光电
耦合器U14、U15、U18；其中：
[0019] 集成电路总线控制器U3的片选输入端 /CS端、SCK端、SI端分别连接单片机U8的数据输出端，集成电路总线控制器U3的发送输出端TXCAN端
输出信号到集成芯片光电耦合器U15的输入端K端，集成电路总线控制器U3的CAN总线的接收输入引脚RXCAN端与集成芯片光电耦合器U14的输出端OUT端连接，集成电路总线控制器U3的数据输出引出端SO端、中断输出引出端/INT端产生反馈信号到单片机U8的RC4/SDII/SDA1端、RB2/INT2端；
[0020] 信号收发器U16的信号接收端RXD端连接集成芯片光电耦合器U15的输出端OUT端，信号收发器U16的模式选择端S端接地GND2，信号收发器U16的信号输出端TXD端连接到集成芯片光电耦合器U14的输入端K端，信号收发器U16的CAN总线接入端CANL、CANH分别连接到电子
开关RK1的静触点9脚、4脚；
[0021] 信号收发器U17的信号接收端RXD端与集成芯片光电耦合器U18的输入端K端连接，信号收发器U17的信号输出端TXD和的模式选择端S端均与电源VCC2连接，信号收发器U17的CAN总线接入端CANL、CANH分别连接到电子开关RK1的二个常闭触点。
[0022] 根据本实用新型所述的液压支架电控装置的又一个优选方案是：所述驱动模块包括线圈驱动模块；所述线圈驱动模块包括
电阻R102、R103、R104、R106、R107，电容C101，
二极管D103、D104、D106，
三极管Q101、Q102；其中，电阻R102、R103、R104的一端同时接收单片机U8输出的控制信号，电阻R102的另一端连接三极管Q101的基极和三极管Q102的集
电极，电阻R103的另一端连接二极管D103的
阴极和电容C101的正极，电阻R104的另一端连接二极管D103的
阳极、二极管D106的阳极和三极管Q102的基极；三极管Q101的集电极和二极管D106的阴极均通过
串联连接的电阻R106、R107接地，电阻R106、R107的连接
节点连接到单片机U8，并且，三极管Q101的集电极连接外部电磁先导阀，三极管Q102的发射极连接二极管D104的阳极，三极管 Q101的发射极、电容C101的负极和二极管 D104的阴极同时接地。
[0023] 本实用新型所述的液压支架电控装置的有益效果是：本实用新型使工作面上控制器与控制器之间采用现场总线进行数据传输，通过现场总线实现相互控制操作，极大地提高了井下生产效率，同时保证了井下作业人员的人身安全；具有系统结构简单、功能多、系统抗干扰能
力强、可靠性高、通信速度快的特点，能快速、有序自动实现控制器的系统编号，全中文菜单显示，系统可以自由的功能配置实现各种工况需求，与国外产品相比成本减少甚多，具有良好的市场推广价值，适合在矿山、化工、
冶金、石油、环保等行业使用。 [0024] 下面结合实施
附图作进一步详细描述。
附图说明
[0025] 图1是本实用新型所述的液压支架电控装置的原理
框图。
[0026] 图2是本实用新型所述的红外线接收模块7的原理框图。
[0027] 图3是本实用新型所述的CPU电路1的原理图。
[0028] 图4和图5是本实用新型所述的数据通讯模块6的原理图。
[0029] 图6 是本实用新型所述的驱动模块2中线圈驱动模块的原理图。
[0030] 图7 是本实用新型所述的CPU电路1的程序流程框图。
[0031] 图8是本实用新型所述的红外接收模块13主程序流程框图。
[0032] 图9是本实用新型所述的红外接收模块13中断程序流程框图。
具体实施方式
[0033] 参见附图1，液压支架电控装置, 包括控制器、传感器(3)、红外发射器4，其中，控制器由CPU电路1、驱动模块2、人机界面操作与显示模块5、数据通讯模块6、红外线接收模块7、数据采集模块8和电流检测模块9构成，其中：
[0034] 所述红外线接收模块7接收红外发射器4输出的数据，并将收到的数据进行处理后输出到数据采集模块8；
[0035] 所述数据采集模块8接收传感器3和红外线接收模块8输出的数据，并将接收到的数据进行滤波、数据选择和阻抗匹配处理后，输出到CPU电路1；所述数据采集模块8还接收电流检测模块9输出的数据，并将接收到的数据进行滤波、数据选择和阻抗匹配处理后，输出到CPU电路1；所述的数据采集模块14的作用是数据采集和数据转换，数据采集模块采集的液压支架
压力传感器、行程传感器的数值、煤机
位置数据保存在RAM中，采用定时扫描的方式，保证实时更新状态信息。
[0036] 所述CPU电路1接收数据采集模块8输出的数据，将数据采集模块8输出的数据进行处理后，输出控制信号到驱动模块2和数据通讯模块6；并且，CPU电路1接收人机界面操作与显示模块5输出的操作指令，同时输出控制信号和数据信号到人机界面操作与显示模块5；CPU电路1还接收数据通讯模块6输出的指令信号，输出控制信号到数据通讯模块6；所述CPU电路1还输出控制信号到外部电磁阀驱动器10，同时，接收外部电磁阀驱动器10输出的反馈信号；
[0037] 所述数据通讯模块6接收CPU电路1输出的控制信号，与监控中心和工作面上其他控制器的数据通讯模块进行通讯；并且，数据通讯模块6将监控中心和工作面上其他控制器的数据通讯模块发出的指令信号输出到CPU电路1；数据通讯模块6使整个工作面参数保持一致；
[0038] 驱动模块2接收CPU电路1输出的控制信号，输出驱动信号到外部电磁先导阀；同时，驱动模块2输出反馈信号到CPU电路1；
[0039] 人机界面操作与显示模块5输出操作指令信号到CPU电路1，同时将CPU电路1输出的控制信号和数据信号进行处理后，进行人机交互显示与系统状态信息显示。
[0040] 所述电流检测模块9检测数据通讯线上的电流、内部工作电流、驱动模块线上的电流和传感器线上的电流，将检测的数据进行处理后输出到数据采集模块8； [0041] 在具体
实施例中，数据采集模块14选用高
稳定性的前级滤波处理电路，对输入的信号进行数据稳压、滤波、阻抗匹配处理，并对传感器电源端进行电源滤波、限流保护，以保证前级通道内的数据稳定可靠；由于支架电控装置系统内的传感器数量和控制器内部电流检测点均较多，再则单片机U8的IO端口数量有限，具体实施例中，对前级滤波处理电路采用
反相器和一片数据选择器进行多通道的数据输入选择，在进入单片机U8的AD输入口前采用跟随器实现阻抗匹配转换，将前级信号输入端的数据由高阻抗变为低阻抗，这样保证了数据转换过程中的信号稳定；最后由单片机U8内部集成的AD模块实现10位高
精度的数据转换。
[0042] 参见图2，所述的红外线接收模块7由红外线接收头电路41、逻辑门电路42、第二单片机电路43、比较输出电路44和AD数据转换模块45构成，在具体实施例中，将红外线接收头电路41、逻辑门电路42、第二单片机电路43、比较输出电路44和AD数据转换模块45顺序连接，其中，红外线接收头电路41接收红外发射器4发射的同波长同频率信号，输出到逻辑门电路42，逻辑门电路42将收到的信号处理后，产生一个外部中断信号给第二单片机电路43，同时，逻辑门电路42输出检测信号到第二单片机电路43，第二单片机电路43将收到的信号进行逻辑运算处理后，将处理后的信号输出到比较输出电路44，比较输出电路44将收到的信号进行处理后输出方波信号到AD数据转换模块45，AD数据转换模块45进行A/D数据转换后将数据输出到数据采集模块8。第二单片机电路43中的单片机的程序
流程图参见图9。
[0043] 所述的电流检测模块9主要是检测CAN总线上的电流、内部工作电流、线圈驱动模块线上的电流、外接传感器线上的电流四部分。电流检测模块实现的方式均是在具体负载的输入端串上一个高精度的电阻，通过流过此电阻的电流取样，并计算出最终的取样
电压，再将取样电压进行A/D数据转换后输出到数据采集模块。
[0044] 参见图3，所述CPU电路1由单片机U8、晶振Y3、电阻R13、R21、R22、电容C19、C20、C22构成。其中，单片机U8的输出RF2/AN7/C1OUT端输出控制信号到外部电磁阀驱动器10，单片机U8的输入RF4/AN9端接收外部电磁阀驱动器10输出的反馈信号，同时，单片机U8的输出RF5/AN5/CVREF输出时钟控制信号到外部电磁阀驱动器10；在单片机U8中，设置有图7的程序。
[0045] 参见图4和图5，所述的数据通讯模块6由集成电路总线控制器U3、信号收发器U16、U17，集成芯片光电耦合器U14、U15、U18、晶振Y1、电阻R1～R7、R10、R11、R17、R18、R19、R71、R72、R73、电容C1、C2、C3、C5～C8、C11、C12、C13、C16、C48～C52、插座P1、P2、CZ1、CZ26、电子开关RK1、二极管D15、D20、瞬态电压抑制二极管D1～D4构成，在集成电路总线控制器U3中，设置有图8、图9的程序。其中：
[0046] 集成电路总线控制器U3的片选输入端 /CS端、SCK端、SI端分别连接单片机U8的数据输出端，集成电路总线控制器U3的发送输出端TXCAN端输出信号到集成芯片光电耦合器U15的输入端K端，集成电路总线控制器U3的CAN总线的接收输入引脚RXCAN端与集成芯片光电耦合器U14的输出端OUT端连接，集成电路总线控制器U3的数据输出引出端SO端、中断输出引出端/INT端产生反馈信号到单片机U8的RC4/SDII/SDA1端、RB2/INT2端；集成电路总线控制器U3的电源端VDD端接电源VCC1,电源VCC1经电容C12耦合到地GND1, 晶振Y1并联在集成电路总线控制器U3的
振荡器输出端OSC2端与振荡器输入端OSC1端之间，同时，晶振Y1的二端分别通过电容C13、C16接地GND1。
[0047] 信号收发器U16的信号接收端RXD端连接集成芯片光电耦合器U15的输出端OUT端，信号收发器U16的模式选择端S端接地GND2，信号收发器U16的信号输出端TXD端连接到集成芯片光电耦合器U14的输入端K端，集成芯片光电耦合器U14的输入端A端经电阻R6接到电源VCC2,信号收发器U16的CAN总线接入端CANL、CANH分别连接到电子开关RK1的静触点9脚、4脚；信号收发器U16的电源端VCC端通过电容C49接地GND2，电容C5并联在信号收发器U16的CAN总线接入端CANL端和地GND2之间，电容C6并联在集成芯片信号收发器U16的CAN总线接入端CANH端和地GND2之间，电阻R1的一端与信号收发器U16的CAN总线接入端CANH连接，电阻R4的一端与信号收发器U16的CAN总线接入端CANL连接，电阻R1的另一端、电阻R4的另一端同时连接到电容C2的一端，电容C2的另一端同时与瞬态电压抑制二极管D1、D3的一端，瞬态电压抑制二极管D1的另一端与信号收发器U16的CAN总线接入端CANH连接，瞬态电压抑制二极管D3的另一端与信号收发器U16的CAN总线接入端CANL连接。
[0048] 信号收发器U17的信号接收端RXD端与集成芯片光电耦合器U18的输入端K端连接，信号收发器U17的信号输出端TXD和模式选择端S端均与电源VCC2连接，信号收发器U17的CAN总线接入端CANL、CANH分别连接到电子开关RK1的二个常闭触点10脚、3脚；集成芯片光电耦合器U18的输出端连接到单片机U8的RC0/T1OSO/T13CKI端；集成芯片光电耦合器U15的输入端A端经电阻R7连接电源VCC1，电阻R71一端连接电源VCC2，电阻R71的另一端与集成芯片光电耦合器U15的输出端OUT端连接。
[0049] 单片机U8的I/O口RF3/AN8端通过二极管D15、电阻R18连接到三极管Q7的基极，电阻R19并联在三极管Q7的基极与发射极之间，三极管Q7的发射极接地GND1，三极管Q7的集电极与电子开关RK1的线圈的一端连接，二极管D20并联在电子开关RK1的线圈的二端，电子开关RK1的线圈的另一端接电源V+，信号收发器U17的信号接收端RXD端与集成芯片光电耦合器U18的输入端K端连接，集成芯片光电耦合器U18的输入端A端经电阻R72连接到电源VCC2，集成芯片光电耦合器U18的控制端EN端、电源端VCC端一同连接到电源VCC1，电阻R73并联在电源VCC1、集成芯片光电耦合器U18的输出端OUT之间，电容C52经电源VCC1耦合接到地GND1,集成芯片光电耦合器U18的输出端OUT连接到单片机U8的RC0/T1OSO/T13CKI端。
[0050] 电子开关RK1在线圈不通电的状态，静触点9脚与常闭触点10脚连通，静触点4脚与常闭触点3脚连通；
[0051] 所述数据通讯模块6的作用是进行数据发送、数据接收和系统编号。
[0052] 系统编号的工作过程是：工作面上任意一台控制器发出智能编址控制指令，当数据通讯模块6接收到系统编号的指令后，工作面首台节点设备的单片机U8的I/O口RF3/AN8端发出控制信号，并将控制信号输入到二极管D15，经电阻R18到三极管Q7的基极，三极管Q7导通，使电子开关RK1的静触点4脚与电子开关RK1的常开触电5脚连接，电子开关RK1的静触点9脚与电子开关RK1的常开触电8脚连接，总线断开，即工作面首台节点设备用电子开关PK1切断与其他节点设备的通信，同时，信号收发器U17的信号接收端RXD端产生反馈信号输出到集成芯片光电耦合器U18的输入端K端，集成芯片光电耦合器U18的输出端OUT产生信号输出到单片机U8的输入RC0/T1OSO/T13CKI端；然后首台设备的单片机U8控制数据通讯模块6再把邻台的支架号发给邻台设备的数据通讯模块，然后邻台设备的单片机U8发出智能编址控制指令，工作面首台节点设备的邻台设备用电子开关切断与其他节点设备的通信，邻台设备又重复首台的方法往下传递支架号，这样循环直到最后一台设备，当末台设备的数据通讯模块发送总支架号成功后，保存相应的支架号到单片机U8的EEPROM
存储器，控制器退出智能编址重启。
[0053] 在具体实施例中，所述驱动模块2由14个相同电路结构的线圈驱动模块构成；所述线圈驱动模块由电阻R102、R103、R104、R106、R107，电容C101，二极管D103、D104、D106，三极管Q101、Q102、
接口J1构成；参见图6，其中，接口J1的4脚连接外部电磁先导阀，3脚接地，接口J1的2脚连接到单片机U8的其中一个信号输入端RE6/AD14/P1B端，接口J1的1脚接单片机U8的其中一个输出端RE5/AD13/P1C端；电阻R102、R103、R104的一端同时通过接口J1的1脚接收单片机U8输出的控制信号，电阻R102的另一端连接三极管Q101的基极和三极管Q102的集电极，电阻R103的另一端连接二极管D103的阴极和电容C101的正极，电阻R104的另一端连接二极管D103的阳极、二极管D106的阳极和三极管Q102的基极；三极管Q101的集电极和二极管D106的阴极均通过串联连接的电阻R106、R107接地，电阻R106、R107的连接节点连接到接口J1的2脚，接口J1的2脚输出反馈信号到单片机U8的其中一个信号输入端RE6/AD14/P1B端，该反馈信号反映了外部线圈的通断状态；并且，三极管Q101的集电极通过接口J1的4脚连接外部电磁先导阀，三极管Q102的发射极连接二极管D104的阳极，三极管 Q101的发射极、电容C101的负极和二极管 D104的阴极同时接地。
[0054] 线圈驱动模块控制电磁线圈的打开和关闭，同时线圈驱动模块输出反馈信号，将电磁线圈的状态反馈给单片机U8；14个线圈驱动模块对应着14个电磁线圈，即7个电磁先导阀，单片机U8共有14个信号输入端接收14个线圈驱动模块输出的反馈信号，14个线圈驱动模块输出的反馈信号分别输出到单片机U8的信号输入端3脚、5脚、7脚、13脚、19脚、20脚、22脚、24脚、28脚、29脚、33脚、37脚、74脚、78脚；同时，单片机U8的输出端4脚、6脚、10脚、14脚、21脚、23脚、27脚、35脚、38脚、39脚、40脚、41脚、75脚、76脚分别输出控制信号到14个线圈驱动模块。
[0055] 线圈驱动电路的作用是控制线圈的导通和闭合，并且具有
短路保护功能，其工作原理为：当单片机U8输出的信号是高电平时，三极管Q101导通，使得外部线圈形成回路后导通，输出到单片机U8的反馈信号拉低至低电平；当控制信号为低电平时，三极管Q101截止，线圈回路被切断，输出到单片机U8的反馈信号维持在高电平；当线圈发生短路时，接口P1的4脚维持在高电平，三极管Q101导通，三极管Q102的基极维持在高电平，使得三极管Q102导通，使得三极管Q101的基极拉低，使得三极管Q101关闭，从而达到保护作用。
