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液壓支架電液控制系統(tǒng)的推移主要靠安裝在千斤頂內(nèi)的位移傳感器來控制。該位移傳感可以檢測千斤頂?shù)幕钊谐?，進(jìn)而掌握工作面的推進(jìn)速度和累計(jì)推進(jìn)量，以便準(zhǔn)確制定工作計(jì)劃和推算煤炭產(chǎn)量。位移傳感器的精度和可靠性，對(duì)整個(gè)綜采面的自動(dòng)化有的至關(guān)重要的作用。而傳統(tǒng)的位移傳感器是用若干個(gè)干簧管排列分壓原理設(shè)計(jì)，精度和可靠性都很低。利用磁致伸縮原理設(shè)計(jì)高精度位移傳感器，解決傳統(tǒng)干簧管式位移傳感器在使用存在的問題，使傳感器可適應(yīng)井下惡劣環(huán)境，提高液壓支架推移精度、可靠性及智能化程度，推進(jìn)采煤工作面自動(dòng)化。

1、Modbus通信協(xié)議發(fā)展

Modbus通信協(xié)議廣泛應(yīng)用于PLC、組態(tài)軟件、分布式IO模塊、傳感器等，不同廠商設(shè)備只要符合Modbus通信協(xié)議，均可進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行集中采集。Modbus網(wǎng)絡(luò)是一種主從關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，只可存在一個(gè)主站，主站負(fù)責(zé)發(fā)送采集命令，采集命令中包含從站地址信息，從站接收到命令后，判斷是否與自身命令相同，地址相同就根據(jù)功能碼響應(yīng)主站命令，地址不相同則繼續(xù)保持接收狀態(tài)，等待下一個(gè)命令。Modbus協(xié)議設(shè)備具備以下優(yōu)點(diǎn)：①協(xié)議廣泛應(yīng)用，普遍性高；②網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，施工維護(hù)簡單；③協(xié)議簡單易懂，方便系統(tǒng)接入，二次開發(fā)效率高；④技術(shù)成熟，可靠穩(wěn)定。

磁致伸縮位移傳感器基本原理，主要由電子電路、波導(dǎo)線、磁鐵、拾能機(jī)構(gòu)等組成。其基本測量原理：開始電子倉內(nèi)部電路發(fā)送一個(gè)電流激勵(lì)脈沖，在沿著波導(dǎo)絲方向形成一個(gè)安培環(huán)形磁場，該磁場與套在波導(dǎo)絲上的永久磁鐵磁場相遇，在磁場正交點(diǎn)波導(dǎo)絲發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)波并以2833米/秒向波導(dǎo)絲兩端傳播，沿電子倉方向的扭轉(zhuǎn)波被拾能機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電子倉內(nèi)部電計(jì)算出返回信號(hào)與激勵(lì)信號(hào)的時(shí)間差，再乘以傳播速度得出磁環(huán)實(shí)際位置，從而完成精確測量。只要磁環(huán)位移發(fā)生變化，返回信號(hào)時(shí)間差就會(huì)改變，從而計(jì)算出當(dāng)前位置。由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正絕對(duì)值，故不必像其他位移傳感器一樣需要定期重標(biāo)，維護(hù)簡單。

2、相關(guān)功能測試

2.1 非線性度測試

①測試要求：將磁致伸縮位移傳感器安裝在線性測試臺(tái)，保持傳感器水平。用SONY磁柵尺線性度標(biāo)定臺(tái)測量磁尺線性度，在量程范圍內(nèi)測試樣機(jī)非線性，取11個(gè)點(diǎn)各進(jìn)行2次測試。先把位移傳感器安裝在線性測試臺(tái)，保持傳感器水平，定頂部位包括前端固定。

②測試設(shè)備：TPR3005-3C直流穩(wěn)壓電源、磁柵尺線性度標(biāo)定臺(tái)、數(shù)字萬用表。

③判定標(biāo)準(zhǔn)：非線性度≤±0.2%FS或1mm(以最大為準(zhǔn))。

④測試結(jié)果：下表為非線性測試得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，可以看出，非線性度均符合要求。

2.2 跌落測試

①測試目的：測試位移傳感器在不同高度跌落后的電氣性能。

②測試方法：傳感器從1米高起點(diǎn)為水平跌落至水泥地，以0.2米高度遞增，每個(gè)高度跌落次數(shù)3次，每個(gè)高度跌落完成后取11個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測試，分別記錄輸出信號(hào)和工作電流。

③測試數(shù)據(jù)：圖5-12、圖5-13、圖5-14、圖5-15分別是對(duì)1#、2#、3#、4#號(hào)傳感器試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)。

④測試結(jié)果：1#傳感器通過4米跌落后，信號(hào)輸出正常，工作電流與跌落前比較，基本沒變化； 2#傳感器做完4米跌落后，信號(hào)輸出不正常，工作10.27mA。綜上所述可知1#和4#傳感器能通過4米高度的跌落試驗(yàn)，2#傳感器在3.4米跌落時(shí)，出現(xiàn)損壞。3#傳感器在4米跌落時(shí)，出現(xiàn)損壞。

2.3 浸水測試

①實(shí)驗(yàn)對(duì)象：3臺(tái)礦用磁致伸縮位移傳感器。

②實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?span style="font-family: 宋體, SimSun; font-size: 20px;">將3臺(tái)傳感器通過插座線與插頭對(duì)接好并鎖緊 (保證密封性)，再將其倒置(出線端朝下)放置泡水容器內(nèi)，使連接線保持在水面以上(其中15100014泡水深度0.9m，15100012、15100011 泡水深度1.1m)，分別測試3臺(tái)傳感器電源正與地、地與信號(hào)端阻抗值、輸出信號(hào)，每天至少測試并記錄一次數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄20天。

③實(shí)驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)過20天的泡水試驗(yàn)傳感器絕緣度未發(fā)生下降，信號(hào)輸出正常。

2.4 上電電流測試

①測試目的：測試煤礦用位移傳感器上電瞬間電流。

②測試方法：在磁尺電源地串接入一個(gè)1Ω電阻，用示波器測量電阻波形并進(jìn)行分析。

③測試結(jié)果：下圖為電電流波形圖，瞬間電壓峰值為0.13V，瞬間電流為 I=0.13/1=0.13A，從峰值降到零伏的持續(xù)時(shí)間為1.2ms左右。

3、Modbus通訊驗(yàn)證

為驗(yàn)證產(chǎn)品符合Modbus RTU通訊方式，使用組態(tài)軟件進(jìn)行測試，采用北京昆侖通態(tài)觸摸屏主站，利用昆侖通態(tài)嵌入式組態(tài)軟件對(duì)觸摸屏進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)，從站為基于Modbus協(xié)議煤礦液壓支架用磁致伸縮位移傳感器。位移傳感器與觸摸屏均能正常通信，且上傳數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。參數(shù)配置如下：

①配置Modbus主站；

②設(shè)置串口父設(shè)備的參數(shù)：波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位，這些參數(shù)必須跟從站設(shè)備一致；

④在串口父設(shè)備上，添加Modbus設(shè)備；

⑤設(shè)置Modbus設(shè)備的地址，通訊時(shí)間，通訊地址必須跟從站一致；

⑥設(shè)置功能碼以及寄存器地址，從站設(shè)備支持03功能碼(讀取保持寄存器)，寄存地址為0x0004，0x0005(16進(jìn)制)。

4、結(jié) 論

本文通過搭建試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)位移傳感器進(jìn)行電磁兼容測試、跌落試驗(yàn)、非線性度測試和泡水試驗(yàn)。數(shù)據(jù)表明磁致伸縮礦用位移傳感器精度、可靠性都高于傳統(tǒng)干簧管測控桿，完全滿足在礦下使用。歡迎來電咨詢！