一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置及方法与流程

1.本发明涉及工程过程控制领域，具体涉及一种试验台姿态调整的装置及方法，用于液压支架性能试验时试验台姿态控制。


背景技术：

2.液压支架性能试验根据《国标试验验收要求》，需要对试验台进行各种姿态调整，但由于姿态调整种类比较多，任意组合立柱的不同位移都可以完成一种姿态的动作，目前控制姿态的方法是每个立柱通过对应的控制台按钮实现操作，当进行外加载试验时，存在需要设置多个按钮对应不同种类的姿态调整模式进行操作，这种控制方法会使控制面板上安装多个操作按钮，造成操作不便捷甚至会出现操作失误的情况。所以需要设计一套试验台姿态调整控制方法和装置，用来精确、灵活的控制试验台各种姿态。


技术实现要素：

3.为了解决现有试验台控制系统操作繁琐、精度低、不稳定的情况，满足试验台顶、底板多个自由变脚液压支架性能试验台姿态调整，本发明提出了一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置及方法。可以根据不同的试验需求，精确、快速的调整试验台的各种姿态，保障试验台满足液压支架外加载试验要求。
4.本发明所述的一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置是采用如下技术方案实现的：包括带显示器的上位机、plc控制器、模拟量输入模块、继电器、位移传感器以及电磁阀；控制试验台顶板、底板的每个立柱油缸各自通过一个电磁阀控制伸缩动作，对顶板进行限位控制的插拔销油缸通过一个电磁阀控制伸缩动作，对底板进行限位控制的插拔销油缸通过一个电磁阀控制伸缩动作；每个电磁阀均配有相应的控制其动作的继电器，所有电磁阀均与外部供油回路相连接，每个立柱油缸以及每个插拔销油缸的控制油路上均连接有双向液压锁；每个立柱油缸均配有一个位移传感器，其中控制顶板的立柱油缸所配的位移传感器信号输出端共同连接有一个模拟量输入模块，控制底板的立柱油缸所配的位移传感器信号输出端共同连接有另一个模拟量输入模块；两个模拟量输入模块的信号输出端与plc控制器的信号输入端相连接，plc控制器与上位机双向通讯，上位机软件操作界面和/或plc控制器操作面板上对应每个立柱油缸均设有相应的控制按钮，plc控制器操作面板设有控制插拔销油缸的插拔销伸缩按钮，通过plc控制器信号输出端分别控制所有继电器的主线圈通断，从而完成对立柱油缸以及插拔销油缸的独立动作控制。
5.本发明所述的自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，通过操作控制系统实现对立柱油缸和插拔销油缸的独立控制，进而精确、快速的完成对试验台的姿态调整；其中立柱油缸的状态信息由八个位移传感器和两个模拟量输入模块实时获取，plc控制器完成数字输入信号的采集和数字输出信号的输出，其主要功能是完成上位机对外部乳化液泵站、各个油缸所对应的电磁阀的启停的控制。模拟量输入模块可以读取位移传感器输出的信号并传送至上位机。
6.进一步的，姿态调整装置设有手动控制和自动控制两种控制模式；plc控制器操作面板上对应每个立柱油缸均设有相应的控制按钮；上位机软件操作界面上针对每个立柱油缸，均设有控制操作虚拟按钮、立柱当前位置显示框、目标设定位置输入框和立柱状态选择框，控制操作虚拟按钮用于控制立柱油缸对应电磁阀的动作，进而控制对应立柱油缸的动作；立柱当前位置显示框用于显示立柱的位移，立柱状态选择框能够自由选择允许或者禁止状态，当选择立柱为禁止状态时，该立柱目标设定位置输入框为不可输入状态，并且无法对该立柱所对应的油缸进行控制；当选择立柱为允许状态时，该立柱目标设定位置输入框为可输入状态，能够对该立柱的目标位移进行输入并确认；上位机软件操作界面上还设有手动/自动控制模式切换按钮。
7.本发明所述装置能够实时捕捉每个立柱位移信号，根据不同的试验需求，灵活、准确的调整试验台的姿态。该装置在控制面板上只保留单个油缸的控制按钮，减少实体按钮的数量，降低误操作风险。在上位机软件控制界面上绘制压架试验台油缸位置示意图，同时将控制操作虚拟按钮、立柱当前位置显示框、目标设定位置输入框和立柱状态选择框布放在对应油缸位置，使操作人员可以直观选择需要调整的油缸。当某一个或者多个油缸进行工作时，将所对应油缸的按钮选择为允许，其余油缸按钮选择为禁止，可以根据试验工况需要，任意选择需要调整油缸。增加立柱自动/手动调整按钮，当选择自主自动调整状态后可以完成立柱的闭环自动调整。在选择需要调整位置的立柱所对应的油缸后，设定目标位移，油缸根据位移传感器采集的位移信息对立柱进行自动调整，当立柱的当前位移达到目标设定位置后自动停止油缸工作。
8.本发明所述的一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整方法，所述；调整方法包括手动控制模式和自动控制模式两种控制模式可供选择；当选择为手动控制时，上位机软件操作界面所有立柱状态选择框自动变为允许状态，目标设定位置输入框变为不可输入状态，操作人员通过plc控制器操作面板各立柱的升、降按钮实时控制立柱的位移，当位移调整结束后，通过插拔销伸缩按钮控制插拔销动作，固定顶板和底板，进而实现自由变脚液压支架性能试验台姿态调整；当选择为自动控制时，上位机软件操作界面所有立柱状态选择框可自由选择允许或者禁止状态，当选择立柱为禁止状态时，该立柱目标设定位置输入框为不可输入状态，并且无法对该立柱所对应的油缸进行控制，当选择立柱为允许状态时，该立柱目标设定位置输入框为可输入状态，可以对该立柱的目标位移进行输入，当所有被允许的立柱目标位移输入完成后，点击目标设定位置输入框的确认按钮，上位机会自动计算所设置的目标位移是否超过顶板和底板最大倾斜角度限制，如果超过会进行报警并提示重新输入目标位移值，如果不超过则上位机确认完成目标位移值设置；当某一个或者多个油缸进行工作时，将所对应立柱的按钮选择为允许，其余立柱按钮选择为禁止，可以根据试验工况需要，任意选择需要调整的立柱；当系统确认目标位移值完成设置后，点击控制操作虚拟按钮，上位机会根据位移传感器采集的立柱位移值和目标位移值进行比较，通过pid算法对立柱进行升、降调整，当被允许的立柱位移达到目标位移后，分别通过插拔销伸缩按钮控制插拔销动作，固定顶板和底板，进而实现自由变脚液压支架性能试验台姿态调整。
9.自由变脚液压支架性能试验台有底板和顶板多个立柱，多个立柱通过各自油缸均
能伸缩。根据国标要求，在液压支架进行性能实验时，需要对试验台的姿态进行不同形态的调整，该方法和装置能够灵活、智能、快速、准确的调整试验台的各种姿态，保证液压支架完成国标要求的各项液压支架性能试验。
附图说明
10.图1是试验台姿态调整控制装置原理图。
11.图2是试验台姿态调整控制装置管路原理图。
12.图3是试验台姿态调整控制装置程序流程图。
具体实施方式
13.本发明所述的自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置主要由控制柜、各种开关按钮、控制计算机、三菱plc、拉线位移传感器、接线板、电缆、继电器、电源及控制系统等组成。自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，通过操作控制系统实现对八个立柱油缸和八个插拔销油缸的控制，进而完成对试验台的姿态调整。
14.1）控制装置硬件控制系统选用成熟产品，三菱fx3u-64mr/es-a、三菱fx3u-4ad模拟量输入模块、开关sb1~sb20、dc24v直流继电器km1~km20、dc24v电源、拉线位移传感器、被控电磁阀和接线端子等。
15.现场八个油缸（顶板和底板各四个油缸）的状态信息由八个拉线位移传感器和两个三菱模拟量输入模块实时获取，八个立柱油缸和插拔销油缸的动作指令由三菱plc通过中间继电器完成。本装置所采用的plc为三菱fx3u-64mr/es-a，分别有32路数字输入(di)通道和32路数字输出(do)通道，完成数字输入信号的采集和数字输出信号的输出，其主要功能是完成上位机对乳化液泵站、各个油缸所对应的阀的启停的控制。模拟量输入模块采用三菱fx3u-4ad，可以读取拉线位移传感器输出的4~20ma信号并传送至上位机。
16.2）控制系统软件完成对乳化液泵站、各个油缸所对应的阀的启停的控制，具有计算机自动控制和外部按钮控制功能，可完成八个立柱的升、降控制，进而对试验台的姿态进行调整。试验台的姿态控制装置分为手动控制和自动控制两种控制模式。
17.手动控制模式时，操作员在上位机软件界面或者试验台操作面板上分别按下八个立柱对应的升、降按钮，通过观察八个油缸的位移值实现对立柱升降的控制，当油立柱到理想位置时，停止按下按钮后油缸停止，按下机械限位插拔销控制按钮完成对顶板和底板的限位控制。
18.自动控制模式时，操作员在上位机软件界面选中需要升降的立柱，在选中需要升降的立柱旁输入对应立柱所需要升降的目标位移，点击启动按钮后，程序会自动判断当前立柱位移是否满足预设的目标位移。如果满足，则该立柱所对应的油缸不进行调整。如果不满足，则通过调整该立柱所对应油缸的阀门，对油缸进行伸缩闭控制，直到调整到目标位移为止。
19.根据《国标》要求，液压支架性能试验需要测试不同姿态下各个参数指标，被控试验台顶板和底板各有四个油缸，八个油缸可以分别动作，双向液压锁紧。目前的控制方法是
试验台顶板、底板共八个油缸分别通过对应的控制台面板按钮实现操作，当进行外加载试验时，存在需要设置多个按钮对应不同种类的姿态调整模式进行操作，这种控制方法会使控制面板上安装多个操作按钮，造成操作不便捷甚至会出现操作失误的情况。以下结合附图对本发明做进一步的说明。
20.图1、2分别是自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置原理图和自由变脚液压支架性能试验台姿态调整控制装置管路原理图：装置硬件由上位机、三菱fx3u-64mr/es-a、三菱fx3u-4ad模拟量输入模块、开关sb1~sb20、dc24v直流继电km1~km20（开关和继电器图中不可见，对应每个继电器配有一个开关）、dc24v电源、拉线位移传感器、三位四通电磁换向阀f1~f10、双向液压锁和接线端子等连接组成，其原理图如图1、2所示。
21.液压源引出一条供液管路和一条回液管路，供液管路和回液管路依次连接十个三位四通电磁换向阀，在三位四通电磁换向阀与油缸之间依次安装双向液压锁。顶板油缸由a1~a4组成，通过三位四通电磁换向阀f1~f4分别控制顶板四个立柱的升、降运动，底板油缸由b1~b4组成，通过三位四通电磁换向阀f5~f8分别控制底板四个立柱的升、降运动，插拔销油缸c1~c4组成，其中c1、c2为顶板固定销，由三位四通电磁换向阀f9控制其伸、缩，c3、c4为底板固定销，由三位四通电磁换向阀f10控制其伸、缩。
22.三位四通电磁换向阀的流向分别由对应的继电器进行控制。当某一立柱或插拔销需要伸出时，通过plc输出端控制继电器使该立柱或插拔销对应的三位四通电磁换向阀阀芯左位上电吸合，立柱油缸底部通过供液管路流入乳化液，顶部通过回液管路流出乳化液，立柱或插拔销伸出；当某一立柱或插拔销需要收缩时，通过plc输出端控制继电器使立柱或插拔销对应的三位四通电磁换向阀阀芯右位上电吸合，立柱油缸顶部通过供液管路流入乳化液，底部通过回液管路流出乳化液，立柱或插拔销收缩。
23.在自由变脚液压支架性能试验台八个立柱的底部固定拉线位移传感器，用于测量立柱的行程位移，拉线位移传感器将测量的位移通过4~20ma信号经信号电缆传送至三菱fx3u-4ad模拟量输入模块，并经上位机软件换算后显示当前位移值。每个三位四通电磁换向阀的换向由两个继电器通过dc24v电源控制，当需要三位四通电磁换向阀的阀芯在左位时，三菱fx3u-64mr/es-a数字输入端接收上位机软件或者操作面板按钮信号di1，输出do1信号使对应的继电器吸合，将dc24v电源与被控三位四通电磁换向阀左位阀芯控制器导通，当需要三位四通电磁换向阀的阀芯在右位时，三菱fx3u-64mr/es-a数字输入端接收上位机软件或者操作面板按钮信号di2，输出do2信号使对应的继电器吸合，将dc24v电源与被控三位四通电磁换向阀右位阀芯控制器导通，进而控制三位四通电磁换向阀的方向。
24.图3是自由变脚液压支架性能试验台姿态调整控制装置程序流程图：该系统由手动控制模式和自动控制模式两种，由操作员选择具体控制方式。软件操作界面上绘制了液压支架性能试验台油缸位置示意图，同时将控制操作虚拟按钮、立柱当前位置显示框、目标设定位置输入框以及状态选择框布放在对应油缸位置，使操作人员可以直观选择需要调整的油缸。
25.当选择为手动控制时，软件操作界面所有立柱状态选择框自动变为允许状态，目标设定位置输入框变为不可输入状态，操作人员可以通过控制器操作面板各立柱的升、降按钮实时控制立柱的位移，当位移调整结束后，可别通过插拔销伸缩按钮控制插拔销动作，固定顶板和底板，进而实现自由变脚液压支架性能试验台姿态调整。
26.当选择为自动控制时，软件操作界面所有立柱状态选择框可自由选择允许或者禁止状态，当选择立柱为禁止状态时，该立柱目标设定位置输入框为不可输入状态，并且无法对该立柱所对应的油缸进行控制，当选择立柱为允许状态时，该立柱目标设定位置输入框为可输入状态，可以对该立柱的目标位移进行输入，当所有被允许的立柱目标位移输入完成后，点击目标设定位置输入框的确认按钮，系统会自动计算所设置的目标位移是否超过顶板和底板最大倾斜限度限制，如果超过会进行报警并提示重新输入目标位移值，如果不超过则系统确认完成目标位移值设置，不至于卡死顶板和底板两个升降平台。当某一个或者多个油缸进行工作时，将所对应立柱的按钮选择为允许，其余立柱按钮选择为禁止，可以根据试验工况需要，任意选择需要调整立柱。
27.当系统确认目标位移值完成设置后，点击控制操作虚拟按钮，上位机会根据拉线位移传感器采集的位移值和目标位移值进行比较，通过pid算法对立柱进行升、降调整，当被允许的立柱位移达到目标位移后，可分别通过插拔销伸缩按钮控制插拔销动作，固定顶板和底板，进而实现自由变脚液压支架性能试验台姿态调整。

技术特征：
1.一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，其特征在于：包括带显示器的上位机、plc控制器、模拟量输入模块、继电器、位移传感器以及电磁阀；控制试验台顶板、底板的每个立柱油缸各自通过一个电磁阀控制伸缩动作，对顶板进行限位控制的插拔销油缸通过一个电磁阀控制伸缩动作，对底板进行限位控制的插拔销油缸通过一个电磁阀控制伸缩动作；每个电磁阀均配有相应的控制其动作的继电器，所有电磁阀均与外部供油回路相连接，每个立柱油缸以及每个插拔销油缸的控制油路上均连接有双向液压锁；每个立柱油缸均配有一个位移传感器，其中控制顶板的立柱油缸所配的位移传感器信号输出端共同连接有一个模拟量输入模块，控制底板的立柱油缸所配的位移传感器信号输出端共同连接有另一个模拟量输入模块；两个模拟量输入模块的信号输出端与plc控制器的信号输入端相连接，plc控制器与上位机双向通讯，上位机软件操作界面和/或plc控制器操作面板上对应每个立柱油缸均设有相应的控制按钮，plc控制器操作面板设有控制插拔销油缸的插拔销伸缩按钮，通过plc控制器信号输出端分别控制所有继电器的主线圈通断，从而完成对立柱油缸以及插拔销油缸的独立动作控制。2.如权利要求1所述的一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，其特征在于，姿态调整装置设有手动控制和自动控制两种控制模式；plc控制器操作面板上对应每个立柱油缸均设有相应的控制按钮；上位机软件操作界面上针对每个立柱油缸，均设有控制操作虚拟按钮、立柱当前位置显示框、目标设定位置输入框和立柱状态选择框，控制操作虚拟按钮用于控制立柱油缸对应电磁阀的动作，进而控制对应立柱油缸的动作；立柱当前位置显示框用于显示立柱的位移，立柱状态选择框能够自由选择允许或者禁止状态，当选择立柱为禁止状态时，该立柱目标设定位置输入框为不可输入状态，并且无法对该立柱所对应的油缸进行控制；当选择立柱为允许状态时，该立柱目标设定位置输入框为可输入状态，能够对该立柱的目标位移进行输入并确认；上位机软件操作界面上还设有手动/自动控制模式切换按钮。3.如权利要求2所述的一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，其特征在于，所述电磁阀均采用三位四通电磁阀，每个三位四通电磁阀配有两个继电器，分别控制立柱油缸的升、降；三位四通电磁阀左线圈串接在其中一个继电器的控制回路中，三位四通电磁阀右线圈串接在另一个继电器的控制回路中；plc控制器控制每个电磁阀主线圈的通断。4.如权利要求3所述的一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，其特征在于，控制顶板和底板的立柱油缸各有四个；对顶板进行限位控制的插拔销油缸有两个，对应一个电磁阀；对底板进行限位控制的插拔销油缸有两个，对应一个电磁阀；所述继电器为24v直流继电器，通过直流24v电源供电。5.如权利要求1-4任一项所述的一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，其特征在于，所述位移传感器为拉绳位移传感器。6.一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整方法，其特征在于，采用权利要求2所述的一种自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置来实现；调整方法包括手动控制模式和自动控制模式两种控制模式可供选择；当选择为手动控制时，上位机软件操作界面所有立柱状态选择框自动变为允许状态，目标设定位置输入框变为不可输入状态，操作人员通过plc控制器操作面板各立柱的升、降按钮实时控制立柱的位移，当位移调整结束后，通过插拔销伸缩按钮控制插拔销动作，固定
顶板和底板，进而实现自由变脚液压支架性能试验台姿态调整；当选择为自动控制时，上位机软件操作界面所有立柱状态选择框可自由选择允许或者禁止状态，当选择立柱为禁止状态时，该立柱目标设定位置输入框为不可输入状态，并且无法对该立柱所对应的油缸进行控制，当选择立柱为允许状态时，该立柱目标设定位置输入框为可输入状态，可以对该立柱的目标位移进行输入，当所有被允许的立柱目标位移输入完成后，点击目标设定位置输入框的确认按钮，上位机会自动计算所设置的目标位移是否超过顶板和底板最大倾斜角度限制，如果超过会进行报警并提示重新输入目标位移值，如果不超过则上位机确认完成目标位移值设置；当某一个或者多个油缸进行工作时，将所对应立柱的按钮选择为允许，其余立柱按钮选择为禁止，可以根据试验工况需要，任意选择需要调整的立柱；当系统确认目标位移值完成设置后，点击控制操作虚拟按钮，上位机会根据位移传感器采集的立柱位移值和目标位移值进行比较，通过pid算法对立柱进行升、降调整，当被允许的立柱位移达到目标位移后，分别通过插拔销伸缩按钮控制插拔销动作，固定顶板和底板，进而实现自由变脚液压支架性能试验台姿态调整。

技术总结
本发明涉及工程过程控制领域，具体涉及一种试验台姿态调整的装置及方法，用于液压支架性能试验时试验台姿态控制。解决了现有试验台控制系统操作繁琐、精度低、不稳定的问题。本发明所述试验台姿态调整装置主要由控制柜、各种开关按钮、控制计算机、三菱PLC、拉线位移传感器、接线板、电缆、继电器、电源及控制系统等组成。自由变脚液压支架性能试验台姿态调整装置，通过操作控制系统实现对八个立柱油缸和八个插拔销油缸的控制，进而完成对试验台的姿态调整。调整。调整。


技术研发人员：杨磊 辛晓敏 徐仁娜 赵睿 李建波 张云飞 张毅
受保护的技术使用者：山西平阳重工机械有限责任公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/7/27