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[摘 要]液压支架电液控制是实现煤矿开采由机械化向自动化转变的关键技术，液压支架电液控制系统已成为煤矿先进生产技术水平的重要标志。随着液压支架电液控制系统的不断发展，每年有几十套液压支架电液控制系统投入使用，对应的要开发专用的液压支架电液控制系统软件，并需对系统软件的可靠性进行测试，但是目前测试手段落后，测试效率低，不能满足液压支架电液控制系统发展的要求。基于此，本文就液压支架控制器自动化检测装置进行了探讨。
[关键词]液压支架；控制器；自动化；检测装置
中图分类号：TD355.4；TD67 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0106-01
1 引言
针对煤矿液压支架控制器检测过程中存在测试效率较低的问题，设计了一种液压支架控制器自动化检测装置。该装置实现了液压支架控制器功能、性能和可靠性的自動检测，提高了液压支架控制器的检测效率、软件适应性能和产品质量，对液压支架电液控制系统的发展起到了积极的促进作用。
2 支架控制器基本工作原理
2.1 支架控制器组成
支架控制器作为液压支架电液控制系统的核心部件，其电路组成如图1所示。支架控制器主要包括人机交互单元、数据采集单元、电磁驱动单元、通信单元、存储单元和电源单元等。人机交互单元包括键盘、急停/闭锁开关控制、显示器电路等；数据采集单元完成传感器数据采集，配置的传感器包括压力传感器、行程传感器和倾角传感器等，用于检测液压支架的顶板压力、推移行程和液压支架的姿态。电磁驱动电路输出功率型开关信号控制电磁铁动作，电磁铁的上电冲击电流为120～180mA，保持电流不小于70mA。支架控制器可以与左右邻架和远端支架控制器进行数据通信，通过CAN总线、RS485和RS232等方式进行数据信息交换。存储单元包括非易失性的数据掉电存储器，用来存储支架控制程序参数，并使其掉电后不丢失。
2.2 支架控制器工作原理
通过支架控制器的操作键盘发出支架控制指令，并通过支架控制器的通信单元将控制命令发送到受控支架的支架控制器上，受控支架的支架控制器接收到支架动作控制指令后，通过控制相应的I/O单元状态翻转以驱动支架动作油缸对应的电磁铁动作，通过电磁铁将电信号转换为电磁铁衔铁顶杆行程顶出的机械信号，然后控制打开先导阀，将机械信号转换为液压信号，再通过主阀将液压信号放大，推动油缸动作，从而实现液压支架的动作。通过编制支架控制器应用程序，可以实现支架的单动作控制和程序控制等功能。通过液压支架上安装的传感器将液压支架动作的状态信息反馈给支架控制器，从而实现液压支架动作的自动控制。
3 支架控制器自动化检测装置设计
3.1 键盘按键自动检测
按键自动检测装置由托架、气动油缸、控制电路、顶杆、弹簧、测头等组成。顶杆、弹簧、测头构成一个按键组件，通过托架将按键组件定位，并通过螺帽锁定，托架还起着对按键组件的支撑导向作用，托架的另一端固定在气动油缸上。当控制电路控制气动油缸活塞的伸出和收回时，通过托架压缩弹簧给键盘按键施加压力，气缸行程为2～15mm，调整弹簧力度使其按键操作力不小于0.5N。测头为具有弹性的硬橡胶，以防止试验时操作机构对键盘按键造成机械损伤。控制电路以ARM7为核心，通过编程，控制电路可以控制气缸伸出或收回，以实现对支架控制器键盘的自动按键操作。通过编程，控制电路可以精确控制测头按键延时，实现键盘的双键连锁控制、多键顺序控制和单键持续按键操作，以满足支架控制器操作需求，同时还可以对键盘进行连续操作并计数，完成对键盘的寿命试验。
3.2 显示单元自动检测
显示单元主要包括OLED点阵式显示器和LED指示灯，使用视频图像识别的方法可以实现显示单元的自动检测，通过测试程序将OLED显示屏阵列像素全部点亮或全部关闭。通过对视频图像识别对比，可以确定OLED是否有像素损坏；通过对图像的灰度识别，可以确定其亮度是否满足显示器的技术要求。通过编制跑马灯测试程序，使用视频图像识别方法可以测定LED指示灯的工作状态与亮度是否满足要求。
3.3 传感器信号输入单元自动检测
传感器输入信号有数字信号和模拟信号，采用D/A电路进行模拟信号输入，采用CAN总线、RS232等接口电路进行数字信号输入。在检测装置中构建标准信号源电路，将支架控制器采集到的信号与标准信号进行对比，确定支架控制器传感器采集电路的采样精度和采样速度是否满足技术要求。另外，还可以模拟现场环境，实现主动业务监测，通过现场运行传感器数据识别在不同工况下支架控制器软件是否满足要求，将现场运行的压力、行程、倾角传感器数据以数据库形式保存在计算机上，通过计算机的RS485接口将传感器数据下载到检测装置。在检测支架控制器自动化控制功能时，当支架动作时，自动检查对应的传感器数据，并通过模拟量D/A通道或数字传输通道，将传感器数据传输到支架控制器对应的端口上去，该项功能可以在工作面出现顶板破碎、底板松软等工况时检查支架控制器软件的应对措施是否有效，判断支架控制器软件对现场环境的适应能力。
3.4 电磁驱动单元自动检测
电磁驱动单元的输出为功率型输出，负载为电磁铁，是一个3000～4000匝、电阻为100～120Ω的感性负载，电磁铁的额定电压为12V，额定电流为120～180mA，负载功率为2～3W。电磁驱动电路模拟检测系统如图2所示，检测装置使用100Ω/3W电阻及电感线圈作为模拟负载，并构建旁路检测电路，使用高精密电阻检测驱动电路负载电流，对驱动电路负载驱动能力进行测试。通过测试程序把指定的电磁驱动指令发送给检测装置，检测装置读取对应的电磁驱动检测单元，判定电磁驱动端口线路是否正确，对支架控制器的电磁驱动能力进行测试。另外，还可以通过编制测试程序，循环驱动计数进行驱动电路的寿命试验，检测功率型器件的耗散功率是否满足系统可靠性要求。
3.5 通信单元自动检测
通过在支架控制器之间搭建通信检测电路侦听支架控制器之间的通信信号，将支架控制器发送信号、接收信号与侦听信号进行对照，统计数据传输的丢包率、传输延时、最大负荷承载能力及正常工作状态下通信链路上的负荷、占空比，对通信电路传输数据的实时性、可靠性进行测试与评价。
4 结语
采用支架控制器自动化检测装置将被测系统与测试系统融合在一起，将测试用例数字化、流程化，并融合在整个测试过程中，解决了以往人工操作无法检验支架控制器软件对现场环境适应能力的问题。支架控制器自动化检测装置的应用不但提高了支架控制器及其软件的测试效率，提升了支架控制器产品测试质量，而且还可以通过测试数据的大数据分析，发现产品潜在的设计问题。
参考文献
[1] 尚言明，于志辉，何麟，等.煤矿井下液压支架电液控制系统专利技术综述[J].矿山机械，2015，43（11）：1-7.
[2] 陆庭锴.液压支架姿态动态监测与控制系统设计[J].煤炭科学技术，2014，42（4）：169-170.
[关键词]液压支架；控制器；自动化；检测装置
中图分类号：TD355.4；TD67 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0106-01
1 引言
针对煤矿液压支架控制器检测过程中存在测试效率较低的问题，设计了一种液压支架控制器自动化检测装置。该装置实现了液压支架控制器功能、性能和可靠性的自動检测，提高了液压支架控制器的检测效率、软件适应性能和产品质量，对液压支架电液控制系统的发展起到了积极的促进作用。
2 支架控制器基本工作原理
2.1 支架控制器组成
支架控制器作为液压支架电液控制系统的核心部件，其电路组成如图1所示。支架控制器主要包括人机交互单元、数据采集单元、电磁驱动单元、通信单元、存储单元和电源单元等。人机交互单元包括键盘、急停/闭锁开关控制、显示器电路等；数据采集单元完成传感器数据采集，配置的传感器包括压力传感器、行程传感器和倾角传感器等，用于检测液压支架的顶板压力、推移行程和液压支架的姿态。电磁驱动电路输出功率型开关信号控制电磁铁动作，电磁铁的上电冲击电流为120～180mA，保持电流不小于70mA。支架控制器可以与左右邻架和远端支架控制器进行数据通信，通过CAN总线、RS485和RS232等方式进行数据信息交换。存储单元包括非易失性的数据掉电存储器，用来存储支架控制程序参数，并使其掉电后不丢失。
2.2 支架控制器工作原理
通过支架控制器的操作键盘发出支架控制指令，并通过支架控制器的通信单元将控制命令发送到受控支架的支架控制器上，受控支架的支架控制器接收到支架动作控制指令后，通过控制相应的I/O单元状态翻转以驱动支架动作油缸对应的电磁铁动作，通过电磁铁将电信号转换为电磁铁衔铁顶杆行程顶出的机械信号，然后控制打开先导阀，将机械信号转换为液压信号，再通过主阀将液压信号放大，推动油缸动作，从而实现液压支架的动作。通过编制支架控制器应用程序，可以实现支架的单动作控制和程序控制等功能。通过液压支架上安装的传感器将液压支架动作的状态信息反馈给支架控制器，从而实现液压支架动作的自动控制。
3 支架控制器自动化检测装置设计
3.1 键盘按键自动检测
按键自动检测装置由托架、气动油缸、控制电路、顶杆、弹簧、测头等组成。顶杆、弹簧、测头构成一个按键组件，通过托架将按键组件定位，并通过螺帽锁定，托架还起着对按键组件的支撑导向作用，托架的另一端固定在气动油缸上。当控制电路控制气动油缸活塞的伸出和收回时，通过托架压缩弹簧给键盘按键施加压力，气缸行程为2～15mm，调整弹簧力度使其按键操作力不小于0.5N。测头为具有弹性的硬橡胶，以防止试验时操作机构对键盘按键造成机械损伤。控制电路以ARM7为核心，通过编程，控制电路可以控制气缸伸出或收回，以实现对支架控制器键盘的自动按键操作。通过编程，控制电路可以精确控制测头按键延时，实现键盘的双键连锁控制、多键顺序控制和单键持续按键操作，以满足支架控制器操作需求，同时还可以对键盘进行连续操作并计数，完成对键盘的寿命试验。
3.2 显示单元自动检测
显示单元主要包括OLED点阵式显示器和LED指示灯，使用视频图像识别的方法可以实现显示单元的自动检测，通过测试程序将OLED显示屏阵列像素全部点亮或全部关闭。通过对视频图像识别对比，可以确定OLED是否有像素损坏；通过对图像的灰度识别，可以确定其亮度是否满足显示器的技术要求。通过编制跑马灯测试程序，使用视频图像识别方法可以测定LED指示灯的工作状态与亮度是否满足要求。
3.3 传感器信号输入单元自动检测
传感器输入信号有数字信号和模拟信号，采用D/A电路进行模拟信号输入，采用CAN总线、RS232等接口电路进行数字信号输入。在检测装置中构建标准信号源电路，将支架控制器采集到的信号与标准信号进行对比，确定支架控制器传感器采集电路的采样精度和采样速度是否满足技术要求。另外，还可以模拟现场环境，实现主动业务监测，通过现场运行传感器数据识别在不同工况下支架控制器软件是否满足要求，将现场运行的压力、行程、倾角传感器数据以数据库形式保存在计算机上，通过计算机的RS485接口将传感器数据下载到检测装置。在检测支架控制器自动化控制功能时，当支架动作时，自动检查对应的传感器数据，并通过模拟量D/A通道或数字传输通道，将传感器数据传输到支架控制器对应的端口上去，该项功能可以在工作面出现顶板破碎、底板松软等工况时检查支架控制器软件的应对措施是否有效，判断支架控制器软件对现场环境的适应能力。
3.4 电磁驱动单元自动检测
电磁驱动单元的输出为功率型输出，负载为电磁铁，是一个3000～4000匝、电阻为100～120Ω的感性负载，电磁铁的额定电压为12V，额定电流为120～180mA，负载功率为2～3W。电磁驱动电路模拟检测系统如图2所示，检测装置使用100Ω/3W电阻及电感线圈作为模拟负载，并构建旁路检测电路，使用高精密电阻检测驱动电路负载电流，对驱动电路负载驱动能力进行测试。通过测试程序把指定的电磁驱动指令发送给检测装置，检测装置读取对应的电磁驱动检测单元，判定电磁驱动端口线路是否正确，对支架控制器的电磁驱动能力进行测试。另外，还可以通过编制测试程序，循环驱动计数进行驱动电路的寿命试验，检测功率型器件的耗散功率是否满足系统可靠性要求。
3.5 通信单元自动检测
通过在支架控制器之间搭建通信检测电路侦听支架控制器之间的通信信号，将支架控制器发送信号、接收信号与侦听信号进行对照，统计数据传输的丢包率、传输延时、最大负荷承载能力及正常工作状态下通信链路上的负荷、占空比，对通信电路传输数据的实时性、可靠性进行测试与评价。
4 结语
采用支架控制器自动化检测装置将被测系统与测试系统融合在一起，将测试用例数字化、流程化，并融合在整个测试过程中，解决了以往人工操作无法检验支架控制器软件对现场环境适应能力的问题。支架控制器自动化检测装置的应用不但提高了支架控制器及其软件的测试效率，提升了支架控制器产品测试质量，而且还可以通过测试数据的大数据分析，发现产品潜在的设计问题。
参考文献
[1] 尚言明，于志辉，何麟，等.煤矿井下液压支架电液控制系统专利技术综述[J].矿山机械，2015，43（11）：1-7.
[2] 陆庭锴.液压支架姿态动态监测与控制系统设计[J].煤炭科学技术，2014，42（4）：169-170.