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CN115289956B - 一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法及系统 - Google Patents

一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法及系统 Download PDF

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CN115289956B CN202211235510.8A CN202211235510A CN115289956B CN 115289956 B CN115289956 B CN 115289956B CN 202211235510 A CN202211235510 A CN 202211235510A CN 115289956 B CN115289956 B CN 115289956B
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Abstract

本发明提供了一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法及系统，属于行程传感器故障检测技术领域；解决了通过人工方法排查矿用液压支架行程传感器故障存在时效性差、对检修人员经验要求高等问题，包括如下步骤：判断行程传感器电路是否断开；判断是否存在传输故障；判断行程传感器读取的数值是否出现空值、数值的缺失；判断行程传感器读取的数值是否超出理论或实际范围；判断行程传感器是否存在信号短接故障；判断是否有推溜、拉架动作；判断有/无推溜、拉架动作的支架行程传感器是否存在电路失效故障；计算n刀割煤过程完成后的累计推进量和惯导轨迹纵坐标变化量；判断行程传感器是否存在有效行程缩短故障：本发明应用于行程传感器故障检测。

Description

一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法及系统
技术领域
本发明提供了一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法及系统，属于行程传感器故障检测技术领域。
背景技术
矿用液压支架行程传感器是指矿用液压支架推移油缸行程传感器，行程传感器类型主要有干簧管式和磁滞伸缩式两种。行程传感器测杆在液压支架推移油缸长期往复运动过程中，容易摩擦造成测杆破损，高压液体渗入测杆，造成行程传感器漏电、电路失效，表现为行程传感器输出信号固定不变。行程传感器易受振动影响造成干簧管断路，造成有效行程缩短故障。同时，行程传感器易进水受潮产生信号短接故障，表现为行程传感器输出信号在0至最大量程间频繁跳动。
目前对于矿用液压支架行程传感器的故障主要还是通过人工进行排查的，但是人工方法排查矿用液压支架行程传感器故障存在时效性差、对检修人员经验要求高等问题，也有一些行程传感器的故障自动检测方法，但是上述自动检测方法一般仅考虑行程传感器本身的因素，缺乏对于在液压支架使用过程中行程传感器故障因素的考虑，不适合直接应用于矿用液压支架行程传感器的故障检测中，而已公开的《液压支架电液控制系统故障诊断技术研究》虽然提及行程传感器故障类型及原因，但未提出相关检测方法。
发明内容
本发明为了解决通过人工方法排查矿用液压支架行程传感器故障存在时效性差、对检修人员经验要求高等问题，提出了一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法及系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其包括如下步骤：
步骤1：判断行程传感器电路是否断开：若断开，则退出检测，若没断开，则进入步骤2；
步骤2：判断是否存在传输故障：若存在传输故障，退出检测；若不存在传输故障，进入步骤3；
步骤3：判断行程传感器读取的数值是否出现空值、数值的缺失，若是，则判断行程传感器异常，若否，则执行步骤4；
步骤4：判断行程传感器读取的数值是否超出理论或实际范围，即读取的数值是否超出设置的阈值区间，若是，则判断行程传感器异常，若否，则执行步骤5；
步骤5：判断行程传感器是否存在信号短接故障，若是，则行程传感器存在信号短接故障，判断行程传感器异常，若否，则执行步骤6；
步骤6：判断是否有推溜、拉架动作，若是，则执行步骤7，若否，则执行步骤8；
步骤7：判断有推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障，若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障，判断行程传感器异常；若否，则执行步骤9；
步骤8：判断无推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障，若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障，判断行程传感器异常；若否，则执行步骤9；
步骤9：计算n刀割煤过程完成后的累计推进量；
步骤10：计算n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量；
步骤11：判断行程传感器是否存在有效行程缩短故障：n刀割煤完成后计算累计推进量与惯导轨迹纵坐标变化量比值，若计算结果列表中某一数值低于设定值，则对应位置支架存在有效行程缩短故障。
所述步骤2中行程传感器传输故障的判断依据为：若行程数据均为0且动作数据不存在，则存在传输故障，退出检测；若行程数据不全为0或动作数据存在，则不存在传输故障。
所述步骤3中行程传感器信号断接故障的判断依据为：行程传感器信号短接故障特征为行程检测数值在0至最大量程间频繁跳动，对检测窗口内行程传感器数值是否存在以下条件进行判断；①有且仅有0和最大量程两个值；②每个小时段均方差大于指定阈值，若上述两项条件均满足，则行程传感器存在信号短接故障。
所述步骤7中判断有推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障的判断依据为：
截取推溜、拉架动作时间段，判断在推溜、拉架动作时间段内行程数值变化是否小于阈值，若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障。
所述步骤8中判断无推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障的判断依据为：
在某台液压支架当前检测窗口无推溜、拉架动作情况下，进一步检测左右相邻两架液压支架是否有推溜拉架动作；若是，则当前液压支架存在动作丢失，继续判断在整个检测窗口内行程传感器数值是否保持不变；若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障。
所述步骤9中n刀割煤过程完成后的累计推进量的计算步骤如下：
截取连续拉架动作时间段，以拉架开始时刻记录的行程测量值作为拉架初始行程da，da=[da1，da2，da3，···，dam]，m为工作面液压支架数；以拉架动作结束后第一个升柱动作时刻记录的行程测量值作为拉架结束行程db=[db1，db2，db3，···，dbm]，m为工作面液压支架数；
第i刀割煤过程拉架量Δdi=da–db，由于推溜过程默认满量程推移，累计拉架量等于累计推进量，第1刀割煤过程至第n刀割煤过程间累计推进量为
Figure 588986DEST_PATH_IMAGE001
。
所述步骤10中n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量的计算步骤如下：
调试惯导系统，纵坐标Y方向为工作面推进方向，与两巷平行，横坐标X方向与纵坐标Y方向水平垂直；
采煤机行走至某一台液压支架时，行程编码器获取当前位置液压支架的架号，并传回实时惯导值，获得割煤过程中采煤机行至每一台液压支架处对应惯导轨迹纵坐标值；
第1刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标为Y1=[y11，y12，y13，···，y1m]，m为工作面液压支架数，第n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标为Yn=[yn1，yn2，yn3，···，ynm]，m为工作面液压支架数，则第n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量ΔY =Yn-Y1。
所述步骤1中判断行程传感器电路是否断开的判断依据是：
检测行程传感器的供电电路电流，若行程传感器供电电路电流为0，则退出检测。
一种矿用液压支架行程传感器故障检测系统，包括顺槽主控计算机，设置在工作面端头支架的电液控服务器，设置在每台液压支架上的电液控制器、行程传感器及行程传感器供电电路的电压电流检测装置，采煤机及设置在采煤机上的惯导系统和采煤机行走编码器，惯导系统通过有线方式与交换机通信，交换机通过CAN总线与顺槽主控计算机通信，采煤机行走编码器通过交换机与惯导系统通信；顺槽主控计算机通过CAN总线与电液控服务器通信，电液控服务器通过CAN总线与电液控制器通信；
所述顺槽主控计算机内置有矿用液压支架行程传感器故障检测方法执行的计算机程序。
本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法相较于现有行程传感器故障自动检测方法，在电路失效故障检测过程中融合了推溜、拉架动作数据进行判断，提升了检测准确性，并首次提出了行程传感器信号短接故障检测方法和有效行程缩短故障检测方法，提高了故障检测判断准确率；相较于完全依赖人工的传感器故障检测方法，本发明提出的行程传感器故障自动检测方法具有时效性高、经验依赖度低等优点。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明矿用液压支架行程传感器故障检测方法的流程图；
图2为本发明矿用液压支架行程传感器故障检测系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1至图2所示，本发明提供了一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法及系统，可实现对行程传感器电路失效、信号短接、有效行程缩短等故障的快速检测。
本发明提出的矿用液压支架行程传感器故障检测系统包括顺槽主控计算机，设置在工作面端头支架的电液控服务器，设置在每台液压支架上的电液控制器、行程传感器及行程传感器供电电路电压、电流检测装置，采煤机及设置在采煤机上的惯导系统和采煤机行走编码器。惯导系统通过有线方式与交换机通信，交换机通过CAN网与顺槽主控计算机通信，采煤机行走编码器通过交换机与惯导系统通信；顺槽主控计算机通过CAN网与电液控服务器通信，电液控服务器通过CAN网与电液控制器通信，电压电流检测装置设置在行程传感器供电电路上。
本发明提出的矿用液压支架行程传感器故障检测方法包括以下步骤
步骤1：判断行程传感器电路是否断开
检测行程传感器供电电路电流，若行程传感器供电电路电流为0，则退出检测；若否，则进入步骤2。
步骤2：判断是否存在传输故障
检测行程传感器数据及液压支架动作数据，若行程数据均为0且动作数据不存在，则存在传输故障，退出检测；若行程数据不全为0或动作数据存在，则不存在传输故障，进入步骤3。
步骤3：判断行程传感器读取的数值是否出现空值、数值的缺失
若是，则判断行程传感器异常，若否，则执行步骤4。
步骤4：判断行程传感器读取的数值是否超出理论或实际范围，即读取的数值是否超出设置的阈值区间
若是，则判断行程传感器异常，若否，则执行步骤5。
步骤5：判断行程传感器是否存在信号短接故障
行程传感器信号短接故障特征为行程检测数值在0至最大量程间频繁跳动，对检测窗口内行程传感器数值是否存在以下条件进行判断；①有且仅有0和最大量程两个值；②每个小时段均方差大于指定阈值。若上述两项条件均满足，则行程传感器存在信号短接故障，若否，则执行步骤6。
步骤6：判断检测窗口内是否有推溜、拉架动作
判断判断检测窗口内是否有推溜、拉架动作，若是，则执行步骤7，若否，则执行步骤8。
步骤7：判断有推溜、拉架动作的液压支架行程传感器是否存在电路失效故障
截取推溜、拉架动作时间段，判断在推溜、拉架动作时间段内行程数值变化是否小于阈值，若是，则该液压支架行程传感器存在电路失效故障；若否，则执行步骤9。
步骤8：判断无推溜、拉架动作的液压支架行程传感器是否存在电路失效故障
在某台液压支架当前检测窗口无推溜、拉架动作情况下，进一步检测左右相邻两架液压支架是否有推溜拉架动作；若是，则当前液压支架存在动作丢失，继续判断在整个检测窗口内行程传感器数值是否保持不变；若是，则该液压支架行程传感器存在电路失效故障；若否，则执行步骤9。
步骤9：计算n刀割煤过程完成后的累计推进量
截取连续拉架动作时间段，以拉架开始时刻记录的行程测量值作为拉架初始行程da，da=[da1，da2，da3，···，dam]，m为工作面液压支架数；以拉架动作结束后第一个升柱动作时刻记录的行程测量值作为拉架结束行程db=[db1，db2，db3，···，dbm]，m为工作面液压支架数；第i刀割煤过程拉架量Δdi=da–db，由于推溜过程默认满量程推移，累计拉架量等于累计推进量，第1刀割煤过程至第n刀割煤过程间累计推进量为
Figure 365181DEST_PATH_IMAGE001
。
步骤10：计算n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量
调试惯导系统，纵坐标Y方向为工作面推进方向，与两巷平行，横坐标X方向与纵坐标Y方向水平垂直；采煤机行走至某一台液压支架时，行程编码器获取当前位置液压支架的架号，并传回实时惯导值，获得割煤过程中采煤机行至每一台液压支架处对应惯导轨迹纵坐标值；第1刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标为Y1=[y11，y12，y13，···，y1m]，m为工作面液压支架数，第n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标为Yn=[yn1，yn2，yn3，···，ynm]，m为工作面液压支架数，则第n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量ΔY =Yn-Y1。
步骤11：判断行程传感器是否存在有效行程缩短故障
n刀割煤完成后计算累计推进量与惯导轨迹纵坐标变化量比值，即
Figure 207235DEST_PATH_IMAGE001
/ΔY，若计算结果列表中某一数值低于0.8，则对应位置支架存在有效行程缩短故障。
本发明提出的矿用液压支架行程传感器故障检测方法和系统结合推溜、拉架动作判断行程传感器电路失效故障，结合邻架动作数据实现在本架动作丢失情景下的行程传感器电路失效故障判断。通过多刀割煤过程行程数据计算累计推进量，通过多刀割煤过程惯导数据计算纵坐标变化量，对比累计推进量与纵坐标变化量，判断行程传感器有效行程缩短故障。
关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：判断行程传感器电路是否断开：若断开，则退出检测，若没断开，则进入步骤2；
步骤2：判断是否存在传输故障：若存在传输故障，退出检测；若不存在传输故障，进入步骤3；
步骤3：判断行程传感器读取的数值是否出现空值、数值的缺失，若是，则判断行程传感器异常，若否，则执行步骤4；
步骤4：判断行程传感器读取的数值是否超出理论或实际范围，即读取的数值是否超出设置的阈值区间，若是，则判断行程传感器异常，若否，则执行步骤5；
步骤5：判断行程传感器是否存在信号短接故障，若是，则行程传感器存在信号短接故障，判断行程传感器异常，若否，则执行步骤6；
步骤6：判断是否有推溜、拉架动作，若是，则执行步骤7，若否，则执行步骤8；
步骤7：判断有推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障，若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障，判断行程传感器异常；若否，则执行步骤9；
步骤8：判断无推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障，若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障，判断行程传感器异常；若否，则执行步骤9；
步骤9：计算n刀割煤过程完成后的累计推进量；
步骤10：计算n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量；
步骤11：判断行程传感器是否存在有效行程缩短故障：n刀割煤完成后计算累计推进量与惯导轨迹纵坐标变化量比值，若计算结果列表中某一数值低于设定值，则对应位置支架存在有效行程缩短故障。
2.根据权利要求1所述的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：所述步骤2中行程传感器传输故障的判断依据为：若行程数据均为0且动作数据不存在，则存在传输故障，退出检测；若行程数据不全为0或动作数据存在，则不存在传输故障。
3.根据权利要求1所述的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：所述步骤3中行程传感器信号短接故障的判断依据为：行程传感器信号短接故障特征为行程检测数值在0至最大量程间频繁跳动，对检测窗口内行程传感器数值是否存在以下条件进行判断；①有且仅有0和最大量程两个值；②每个小时段均方差大于指定阈值，若上述两项条件均满足，则行程传感器存在信号短接故障。
4.根据权利要求1所述的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：所述步骤7中判断有推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障的判断依据为：
截取推溜、拉架动作时间段，判断在推溜、拉架动作时间段内行程数值变化是否小于阈值，若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障。
5.根据权利要求1所述的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：所述步骤8中判断无推溜、拉架动作的液压支架的行程传感器是否存在电路失效故障的判断依据为：
在某台液压支架当前检测窗口无推溜、拉架动作情况下，进一步检测左右相邻两架液压支架是否有推溜拉架动作；若是，则当前液压支架存在动作丢失，继续判断在整个检测窗口内行程传感器数值是否保持不变；若是，则上述液压支架的行程传感器存在电路失效故障。
6.根据权利要求1所述的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：所述步骤9中n刀割煤过程完成后的累计推进量的计算步骤如下：
截取连续拉架动作时间段，以拉架开始时刻记录的行程测量值作为拉架初始行程da，da=[da1，da2，da3，···，dam]，m为工作面液压支架数；以拉架动作结束后第一个升柱动作时刻记录的行程测量值作为拉架结束行程db=[db1，db2，db3，···，dbm]，m为工作面液压支架数；
第i刀割煤过程拉架量Δdi=da–db，由于推溜过程默认满量程推移，累计拉架量等于累计推进量，第1刀割煤过程至第n刀割煤过程间累计推进量为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
7.根据权利要求6所述的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：所述步骤10中n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量的计算步骤如下：
调试惯导系统，纵坐标Y方向为工作面推进方向，与两巷平行，横坐标X方向与纵坐标Y方向水平垂直；
采煤机行走至某一台液压支架时，行程编码器获取当前位置液压支架的架号，并传回实时惯导值，获得割煤过程中采煤机行至每一台液压支架处对应惯导轨迹纵坐标值；
第1刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标为Y1=[y11，y12，y13，···，y1m]，m为工作面液压支架数，第n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标为Yn=[yn1，yn2，yn3，···，ynm]，m为工作面液压支架数，则第n刀割煤过程完成后惯导轨迹纵坐标变化量ΔY =Yn-Y1。
8.根据权利要求1所述的一种矿用液压支架行程传感器故障检测方法，其特征在于：所述步骤1中判断行程传感器电路是否断开的判断依据是：
检测行程传感器的供电电路电流，若行程传感器供电电路电流为0，则退出检测。
9.一种矿用液压支架行程传感器故障检测系统，其特征在于：包括顺槽主控计算机，设置在工作面端头支架的电液控服务器，设置在每台液压支架上的电液控制器、行程传感器及行程传感器供电电路的电压电流检测装置，采煤机及设置在采煤机上的惯导系统和采煤机行走编码器，惯导系统通过有线方式与交换机通信，交换机通过CAN总线与顺槽主控计算机通信，采煤机行走编码器通过交换机与惯导系统通信；顺槽主控计算机通过CAN总线与电液控服务器通信，电液控服务器通过CAN总线与电液控制器通信；
所述顺槽主控计算机内置有如权利要求1-8任一项所述的矿用液压支架行程传感器故障检测方法执行的计算机程序。
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