一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：對(duì)I/O控制器的存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行順序組態(tài)，并將其I/O口地址映射到超長(zhǎng)指令字中對(duì)應(yīng)的位置；在對(duì)某支架進(jìn)行操作時(shí)，I/O控制器對(duì)輸入指令進(jìn)行采集；并將采集到的控制指令填充到EtherCAT總線中的超長(zhǎng)指令字，經(jīng)一個(gè)循環(huán)周期后發(fā)送給主控制器；主控制器進(jìn)行協(xié)議解析，并將控制命令填充到EtherCAT總線的超長(zhǎng)指令字中；I/O控制器讀取出EtherCAT總線的超長(zhǎng)指令字，獲取自身地址與超長(zhǎng)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(duì)應(yīng)地址的指令；并對(duì)指令進(jìn)行協(xié)議解析，然后實(shí)時(shí)對(duì)I/O口進(jìn)行操作。其保證了遠(yuǎn)程控制的實(shí)時(shí)性，提供了大數(shù)據(jù)的傳送，可靠性高；使得液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度降低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液壓支架電液控制系統(tǒng)的控制方法，具體涉及一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，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)】
[0002]液壓支架，是井工開(kāi)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(duì)于液壓支架的遠(yuǎn)程控制一直以來(lái)都無(wú)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(duì)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(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性。
[0003]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(jí)甚至s級(jí)，使得遠(yuǎn)程控制極不可靠。
[0004]此外，由于現(xiàn)有的液壓支架控制系統(tǒng)采用的方法多數(shù)為總線結(jié)構(gòu)控制，在液壓支架控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)時(shí)，對(duì)控制器的系統(tǒng)通信要求較高，控制器設(shè)計(jì)需要考慮的方面也較多，加大了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度，降低了可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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)的控制方法，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(kāi)發(fā)難度降低，可靠性高。
[0006]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問(wèn)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)的控制方法，該控制系統(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，所述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(duì)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(zhǎng)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(guò)EtherCAT總線連接，且基于所述控制系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟:
[0007](I)在系統(tǒng)出廠時(shí)，在主控制器處對(duì)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(zhǎng)指令字中對(duì)應(yīng)的位置；
[0008](2)在對(duì)某支架進(jìn)行操作時(shí)，I/O控制器對(duì)操作者的輸入指令進(jìn)行采集，然后進(jìn)入下一步；
[0009](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(zhǎng)指令字，經(jīng)過(guò)EtherCAT 一個(gè)循環(huán)周期，將所述超長(zhǎng)指令字發(fā)送給主控制器；
[0010](4)主控制器接收到EtherCAT總線上的超長(zhǎng)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(zhǎng)指令字中；
[0011](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(zhǎng)指令字，獲取自身地址與超長(zhǎng)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(duì)應(yīng)地址的指令；
[0012](6) I/O控制器取出指令后，對(duì)指令進(jìn)行協(xié)議解析，然后實(shí)時(shí)對(duì)I/O 口進(jìn)行操作。
[0013]進(jìn)一步的，在步驟(2)中，當(dāng)指令采集完成之后，系統(tǒng)根據(jù)操作者所在支架號(hào)，確定被操作支架與當(dāng)前支架之間的距離是否超過(guò)安全距離，當(dāng)超過(guò)安全距離則發(fā)出警報(bào)，并首先在本地進(jìn)行危險(xiǎn)操作記錄，同時(shí)在EtherCAT總線中的超長(zhǎng)指令字中寫(xiě)錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)碼，主控制器記錄當(dāng)前錯(cuò)誤操作；當(dāng)操作者在安全距離內(nèi)，即可進(jìn)行下一步。
[0014]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(kù)、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(hù)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(kāi)合動(dòng)作。
[0015]進(jìn)一步的，所述采煤機(jī)身上安裝有用于對(duì)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(duì)應(yīng)的紅外接收器。
[0016]進(jìn)一步的，所述介質(zhì)層中的電磁閥組用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓動(dòng)力信號(hào)，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。
[0017]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。
[0018]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(duì)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(duì)電磁閥組進(jìn)行開(kāi)合控制，進(jìn)而控制液壓支架動(dòng)作。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:將傳統(tǒng)的分布式液壓支架電液控制系統(tǒng)，變成了分布式I/0，集中控制液壓支架電液控制系統(tǒng)，降低了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性，使得液壓支架的電液控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)更容易；提高了控制系統(tǒng)的可靠性，整個(gè)系統(tǒng)只有主控制器進(jìn)行控制，I/o控制器只進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)作，通信內(nèi)容的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單可靠，大大減少了通信錯(cuò)誤的機(jī)率；同時(shí)，能夠保證遠(yuǎn)程控制的實(shí)時(shí)性以及能夠提供大數(shù)據(jù)的傳送，同時(shí)基于該控制方法所實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)總線單一，網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信負(fù)載低，分布式I/o直接受控于主控器，大大降低了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖2是液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的I/O控制器結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
[0023]如圖1和圖2所示，一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，該控制系統(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，所述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(duì)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(zhǎng)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(guò)EtherCAT總線連接，且基于所述控制系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟:
[0024](I)在系統(tǒng)出廠時(shí)，在主控制器處對(duì)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(zhǎng)指令字中對(duì)應(yīng)的位置；
[0025](2)在對(duì)某支架進(jìn)行操作時(shí)，I/O控制器對(duì)操作者的輸入指令進(jìn)行采集，然后進(jìn)入下一步；
[0026](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(zhǎng)指令字，經(jīng)過(guò)EtherCAT 一個(gè)循環(huán)周期，將所述超長(zhǎng)指令字發(fā)送給主控制器；
[0027](4)主控制器接收到EtherCAT總線上的超長(zhǎng)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(zhǎng)指令字中；
[0028](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(zhǎng)指令字，獲取自身地址與超長(zhǎng)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(duì)應(yīng)地址的指令；
[0029](6) I/O控制器取出指令后，對(duì)指令進(jìn)行協(xié)議解析，然后實(shí)時(shí)對(duì)I/O 口進(jìn)行操作。
[0030]在步驟(2)中，當(dāng)指令采集完成之后，系統(tǒng)根據(jù)操作者所在支架號(hào)，確定被操作支架與當(dāng)前支架之間的距離是否超過(guò)安全距離，當(dāng)超過(guò)安全距離則發(fā)出警報(bào)，并首先在本地進(jìn)行危險(xiǎn)操作記錄，同時(shí)在EtherCAT總線中的超長(zhǎng)指令字中寫(xiě)錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)碼，主控制器記錄當(dāng)前錯(cuò)誤操作；當(dāng)操作者在安全距離內(nèi)，即可進(jìn)行下一步。
[0031]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(kù)、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(hù)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(kāi)合動(dòng)作。
[0032]所述采煤機(jī)身上安裝有用于對(duì)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(duì)應(yīng)的紅外接收器。
[0033]所述介質(zhì)層中的電磁閥組用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓動(dòng)力信號(hào)，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。
[0034]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。
[0035]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(duì)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(duì)電磁閥組進(jìn)行開(kāi)合控制，進(jìn)而控制液壓支架動(dòng)作。
【權(quán)利要求】
1.一種基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，該控制系統(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，所述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(duì)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(zhǎng)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(guò)EtherCAT總線連接，其特征在于:基于所述控制系統(tǒng)的控制方法包括以下步驟: (1)在系統(tǒng)出廠時(shí)，在主控制器處對(duì)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(zhǎng)指令字中對(duì)應(yīng)的位置； (2)在對(duì)某支架進(jìn)行操作時(shí)，I/O控制器對(duì)操作者的輸入指令進(jìn)行采集，然后進(jìn)入下一I K少； (3)I/0控制器將采集到的控制指令，填充到EtherCAT總線中的超長(zhǎng)指令字，經(jīng)過(guò)EtherCAT 一個(gè)循環(huán)周期，將所述超長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)指令字，獲取自身地址與超長(zhǎng)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(duì)應(yīng)地址的指令； (6)I/O控制器取出指令后，對(duì)指令進(jìn)行協(xié)議解析，然后實(shí)時(shí)對(duì)I/O 口進(jìn)行操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:在步驟(2)中，當(dāng)指令采集完成之后，系統(tǒng)根據(jù)操作者所在支架號(hào)，確定被操作支架與當(dāng)前支架之間的距離是否超過(guò)安全距離，當(dāng)超過(guò)安全距離則發(fā)出警報(bào)，并首先在本地進(jìn)行危險(xiǎn)操作記錄，同時(shí)在EtherCAT總線中的超長(zhǎng)指令字中寫(xiě)錯(cuò)誤標(biāo)識(shí)碼，主控制器記錄當(dāng)前錯(cuò)誤操作；當(dāng)操作者在安全距離內(nèi)，即可進(jìn)行下一步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: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(kù)、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(hù)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(kāi)合動(dòng)作。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述采煤機(jī)身上安裝有用于對(duì)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(duì)應(yīng)的紅外接收器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:所述介質(zhì)層中的電磁閥組用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為液壓動(dòng)力信號(hào)，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。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: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。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于EtherCAT的液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于: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(duì)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(duì)電磁閥組進(jìn)行開(kāi)合控制，進(jìn)而控制液壓支架動(dòng)作。
【文檔編號(hào)】E21D23/12GK104265346SQ201410391301
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】王忠賓, 張霖, 譚超, 周曉謀, 閆海峰, 姚新港, 劉新華 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)