一种长距离供液系统状态监测系统及监测方法与流程

一种长距离供液系统状态监测系统及监测方法
1.技术领域
2.本发明涉及一种长距离供液系统状态监测系统及监测方法，属于数据处理技术领域。


背景技术：

3.目前我国综采工作面装备正向大型化和重型化方向发展，但我国综采工作面供液系统长期以来在供液质量、效率、智能化水平和环境友好性等方面无法满足安全高效矿井快速发展要求，成为制约综采工作面实施自动化开采的瓶颈。目前供液系统存在的问题有：长距离供液且系统负载压力和负载流量需求的强时变特性，高压大流量高水基多泵动力源的压力和流量控制、难以和工作面支架多执行机构的负载压力和负载流量相匹配；导致长距离高压大流量供液动力源对工作面负载和流量需求响应滞后，动力源供液压力和输出流量存在较大波动，难以满足采煤工作面及时支护、快速跟机等核心任务需求。
4.同时，传统的煤矿井下数据监测系统采用有线传输方式，数据采集装置到监测点有几百上千米距离，长距离布线成本高，长时间工作线路易老化，系统出现问题后难以排查故障位置，维护性差。而综采工作面空间狭小、井下环境较恶劣且电气设备较多造成电磁辐射严重，现有的数据采集监测系统数据采集频率低、精度差、抗干扰能力弱不能及时精确反映测点数据变化情况，且通讯速率无法满足大量数据快速传输要求。
5.基于上述问题，设计研发一种长距离供液系统监测方法，采集液压支架运行过程中不同动作时系统压力波动数据并进行快速传输，为支架液压系统及供液系统动力源的压力控制方法研究、高压大流量高水基元件的压力连续控制研究提供必要的数据支持和理论依据，具有重要的理论意义和工程应用价值。


技术实现要素：

6.本发明提供一种长距离供液系统状态监测系统及监测方法，可以快速传输液压支架在运行过程中不同动作时采集到的压力波动数据，为支架液压系统及供液系统动力源的压力控制方法研究、高压大流量高水基元件的压力连续控制研究提供必要的数据支持和理论依据。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种长距离供液系统状态监测系统，包括液压支架、上位机、采集卡和传感器，若干液压支架分布安装于工作面，在每个液压支架上安装传感器，传感器通过采集卡与上位机连通，即传感器通过采集卡将采集到的数据传送至上位机；其中，当采用集成式监测模式时，一台上位机同时连接若干采集卡，若干传感器分别安装在供液系统泵站出口、位于工作面两个端部的液压支架进液口以及液压支架回液口处，传感器通过匹配采集卡与上位机连通；
当采用分布式监测模式时，包括若干台分布在工作面不同位置的上位机，若干传感器分别安装在供液系统泵站出口、工作面不同位置液压支架进液口以及液压支架回液口处，传感器通过匹配的采集卡连接相应的上位机；一种基于所述的长距离供液系统状态监测系统的监测方法，采用权利要求1所述的同一套监测系统，采集供液系统泵站出口、液压支架进液口和液压支架回液口的压力数据，上位机同时获取液压支架的支架电液系统控制信号，以液压支架动作循环为一个周期，且对获取的数据进行划分，得到液压支架成组分时动作时供液系统输出压力波动情况以及供液系统对工作面压力需求响应滞后情况；作为本发明的进一步优选，所述支架电液系统控制信号包括降柱、移架、升柱和推溜信号；作为本发明的进一步优选，当监测系统为集成式工作模式时，上位机实时获取液压支架的支架电液系统控制信号，传感器收集液压支架的压力数据后通过采集卡传输至上位机，上位机以降柱、移架、升柱、推溜四个支架控制信号为单元对数据进行周期性划分，结合监测主机本地时间以曲线的方式进行显示，上位机自动识别同一周期内两条曲线相似趋势曲线段的时间间隔，此时间间隔即为泵站压力响应滞后时间；作为本发明的进一步优选，当监测系统为分布式工作模式时，每个上位机实时获取匹配液压支架的支架电液系统控制信号，传感器收集液压支架的压力数据后通过匹配采集卡传输至相应上位机，上位机以降柱、移架、升柱、推溜四个支架控制信号为单元对数据进行周期性划分，结合监测主机本地时间以曲线的方式进行显示，同时在后续监测过程中对若干台上位机存储的数据进行离线分析。
8.通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：1、本发明提供的监测系统，结构简单，基于同一套监测系统即可满足井下数据传输要求，设备安装灵活；2、本发明采用同一套监测系统兼具两种工作模式，最大化满足长距离供液系统的状态监测要求；3、本发明提供的监测方法可以明确显示供液系统对工作面压力需求响应的滞后情况，以及显示供液系统输出压力波动情况。
附图说明
9.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
10.图1是本发明提供的优选实施例中传感器设备安装位置示意图；图2是本发明提供的优选实施例中集成式监测系统与支架系统布置关系示意图；图3是本发明提供的优选实施例中分布式监测系统与支架系统布置关系示意图；图4是本发明提供的优选实施例中集成式监测系统布置关系与综合分析示意图；图5是本发明提供的优选实施例中分布式监测系统布置关系与综合分析示意图；图6是本发明提供的优选实施例中集成式监测模式下供液系统压力变化曲线及泵站压力滞后时间示意图；图7是本发明提供的优选实施例中分布式监测模式下供液系统压力变化曲线示意图。
具体实施方式
11.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
12.目前供液系统多存在与工作面支架多执行机构的负载压力、负载流量难匹配的情况，容易导致供液动力源对工作面负载、流量需求响应滞后，难以满足实际需求；针对前述难点，本技术旨在提供一种长距离供液系统状态监测系统，其最大的亮点在于仅需采用同一套监测系统，即可满足不同监测模式的需求。
13.整体来说，本技术提供的监测系统包括以下部件：液压支架、上位机、采集卡和传感器，以图1作为辅助解释，若干液压支架分布安装于工作面，在每个液压支架上安装传感器，传感器可以实时采集液压支架动作循环时的数据，传感器通过采集卡与上位机连通，即传感器通过采集卡将采集到的数据传送至上位机；以上监测系统在实际使用时，可以适用于两种情况，第一适用于供液距离较短的情况，即为集成式监测模式，第二适用于当采煤工作面过长，集成式监测模式数据传输受阻或需要在中间架增设监测点时，即为分布式监测模式。
14.为了更好的表达上述两种模式，现在做一个具体的阐述，图2、图4所示为系统采用集成式监测模式时的支架系统布置关系以及综合分析示意图，包括一台上位机，其同时连接若干采集卡，若干传感器分别安装在供液系统泵站出口、位于工作面两个端部的液压支架进液口以及液压支架回液口处，传感器通过匹配采集卡与上位机连通；图3、图5所示为系统采用分布式监测模式时的支架系统布置关系以及综合分析示意图，包括若干台分布在工作面不同位置的上位机，若干传感器分别安装在供液系统泵站出口、工作面不同位置液压支架进液口以及液压支架回液口处，传感器通过匹配的采集卡连接相应的上位机，在分布式监测模式下，安置于不同位置的多个上位机通过采集卡获取不同位置的压力传感器数据，后续可以将多台上位机的存储数据进行离线分析；也就是说上述两种监测模式下，上位机同时获取液压支架的支架电液系统控制信号（包括降柱、移架、升柱和推溜信号），以液压支架动作循环为一个周期，且对获取的数据进行划分，得到液压支架成组分时动作时供液系统输出压力波动情况以及供液系统对工作面压力需求响应滞后情况，由此可以为支架液压系统及供液系统动力源的压力控制方法研究、高压大流量高水基元件的压力连续控制研究提供必要的数据支持和理论依据。
15.以图1所示的传感器设备安装位置示意图为例，液压支架编号成液压支架1、液压支架2
……
液压支架n，在对应的液压支架进液口以及回液口处安装传感器，编号为1.1、1.2
……
n
‑
2.1、n
‑
2.2
……
n.1、n.2，安装在乳化液泵站进液口以及回液口处的传感器编号分别为1、2，整个系统中形成供液管路以及回液管路，采集卡通过通讯电缆获取传感器传输的信号，对传输信号进行缓冲、调理，上位机安装于顺槽处，通过采集卡获取传输信号，再以支架电液系统控制信号（包括降柱、移架、升柱和推溜信号）对压力信号进行周期性划分，结合系统获取传感器压力信号时的本地时间对系统压力变化以曲线形式显示；
集成式监测模式时，具体的以图6所示，1#曲线为乳化液泵站出口处传感器的压力信号数据，1.1#曲线为图1中编号为1.1的液压支架进液口处传感器的压力信号，上位机通过采集卡获取两处数据后，以系统本地时间为横坐标（s），压力为纵坐标（bar），通过压力特征曲线方式进行显示，并以降柱、移架、升柱和推溜四个支架控制信号为单元对数据进行周期性划分，上位机自动识别同一周期内两条曲线相似趋势曲线段的时间间隔，图6中有清楚的表示出，此时间间隔即为系统压力滞后时间。
16.分布式监测模式时，具体的以图7所示，1.1#曲线为图1中编号为1.1的液压支架进液口处传感器的压力信号，上位机通过采集卡获取数据后，以系统本地时间为横坐标（s），压力为纵坐标（bar），通过压力特征曲线方式进行显示，并以降柱、移架、升柱和推溜四个支架控制信号为单元对数据进行周期性划分，后续可以对多台上位机存储的数据进行离线分析。
17.综上可知，通过本技术的监测系统及监测方法可以显示液压支架不同动作时供液系统输出压力、流量情况以及供液系统对工作面负载、流量需求响应情况，可以及时精确反映测点数据，同时无线通讯形式满足了大量数据快速传输的需求。
18.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
19.本技术中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
20.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
21.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。