[發(fā)明專利]一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410391303.0
• 申請日: 2014-08-08
• 公開（公告）號: CN104196553A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張霖;王忠賓;譚超;周曉謀;閆海峰;劉新華;姚新港
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21D23/12
• 分類號: E21D23/12
• 代理公司: 徐州支點(diǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32244
• 代理人: 張榮亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種液壓支架電液控制系統(tǒng)，具體涉及一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，屬于礦用設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

液壓支架，是井工開采的重要支護(hù)設(shè)備之一，液壓支架電液控制系統(tǒng)更是井下綜采工作面上極為重要的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。在綜采智能化裝備的研發(fā)中，由于通信的數(shù)據(jù)量較大，通信距離遠(yuǎn)，對于液壓支架的遠(yuǎn)程控制一直以來都無法保持較好的實(shí)時(shí)性，并且，傳統(tǒng)的液壓支架控制系統(tǒng)，采用CAN總線的通信方式居多，這樣就必須使每一個(gè)支架對應(yīng)于一個(gè)支架控制器，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的分布式通信系統(tǒng)，加大了系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性。

同時(shí)，利用傳統(tǒng)方法進(jìn)行液壓支架的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在實(shí)時(shí)性方面得不到保障，一般延時(shí)在ms級甚至s級，使得遠(yuǎn)程控制極不可靠。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，其不僅能夠保證遠(yuǎn)程控制的實(shí)時(shí)性，而且可以提供大數(shù)據(jù)的傳送；同時(shí)使得液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開發(fā)難度降低，可靠性高。

本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，包括物理層、介質(zhì)層和系統(tǒng)控制層，且其之間依次連接，所述物理層包括工作綜采面上的采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)，所述液壓支架上設(shè)置有立柱千斤頂、平衡千斤頂和抬底千斤頂，還設(shè)置有壓力傳感器、位移傳感器和姿態(tài)傳感器，所述介質(zhì)層包括若干個(gè)接口管理器，且接口管理器由電磁閥組、數(shù)據(jù)采集器以及操作面板組成，且每個(gè)接口管理器對應(yīng)物理層中的一個(gè)液壓支架；所述系統(tǒng)控制層包括兩個(gè)主控制器、若干個(gè)I/O控制器以及用于傳輸液壓支架超長指令控制字的EtherCAT總線，所述兩個(gè)主控制器和若干個(gè)I/O控制器之間通過EtherCAT總線連接。

進(jìn)一步的，所述I/O控制器包括MCU、ESC芯片、傳感器輸入I/O、電磁閥組輸出I/O、本地?cái)?shù)據(jù)庫、PHY器件、網(wǎng)絡(luò)變壓器以及以太網(wǎng)接口；所述MCU用于I/O控制器的I/O口操作；所述ESC芯片用于EtherCAT總線的處理；所述傳感器輸入I/O用于實(shí)時(shí)讀取所述介質(zhì)層的數(shù)據(jù)采集器以及操控面板的用戶輸入指令；所述的電磁閥組輸出I/O根據(jù)MCU發(fā)出的指令控制介質(zhì)層中電磁閥組的開合動(dòng)作。

進(jìn)一步的，所述采煤機(jī)身上安裝有用于對采煤機(jī)進(jìn)行定位的紅外線發(fā)射器，所述液壓支架上設(shè)置有與紅外線發(fā)射器相對應(yīng)的紅外接收器。

進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層中的電磁閥組用于將電信號轉(zhuǎn)換為液壓動(dòng)力信號，驅(qū)動(dòng)物理層中液壓支架的液壓缸；所述數(shù)據(jù)采集器用于采集物理層中每個(gè)液壓支架的傳感器數(shù)值；所述控制面板用于人機(jī)交互，采集輸入者的輸入指令。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)控制層中的主控制器為任意具有以太網(wǎng)接口的主機(jī)，且主控制器的主控芯片與以太網(wǎng)接口之間設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)變壓器。

進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)控制層中的I/O控制器的個(gè)數(shù)與液壓支架的個(gè)數(shù)相同，且一一對應(yīng)設(shè)置，用于與介質(zhì)層的交互；所述I/O控制器根據(jù)EtherCAT總線的控制指令對電磁閥組進(jìn)行開合控制，進(jìn)而控制液壓支架動(dòng)作。

一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)在系統(tǒng)出廠時(shí)，在主控制器處對每一個(gè)I/O控制器的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行順序組態(tài)，并將每一個(gè)I/O控制器的I/O口地址映射到超長指令字中對應(yīng)的位置；

(2)在對某支架進(jìn)行操作時(shí)，I/O控制器對操作者的輸入指令進(jìn)行采集，然后進(jìn)入下一步；

(3)I/O控制器將采集到的控制指令，填充到EtherCAT總線中的超長指令字，經(jīng)過EtherCAT一個(gè)循環(huán)周期，將所述超長指令字發(fā)送給主控制器；

(4)主控制器接收到EtherCAT總線上的超長指令后進(jìn)行協(xié)議解析，然后根據(jù)協(xié)議內(nèi)容發(fā)送相應(yīng)的控制命令，并將該控制命令填充到EtherCAT總線的超長指令字中；

(5)在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，所述的I/O控制器讀取出EtherCAT總線的超長指令字，獲取自身地址與超長指令字中的地址映射關(guān)系，當(dāng)映射關(guān)系匹配時(shí)，則取對應(yīng)地址的指令；

(6)I/O控制器取出指令后，對指令進(jìn)行協(xié)議解析，然后實(shí)時(shí)對I/O口進(jìn)行操作。