煤礦液壓支架電液控制系統的研究

顧宏偉

摘 要：隨著科技的快速發展，綜合機械化采煤技術在煤礦企業應用十分廣泛，煤礦井下采煤不再向以前以人工勞動為主，而是采用機械化生產，使得我國煤礦企業的生產效率和生產技術達到世界先進水平，主要是因為自動化技術和計算機技術的發展和結合產生的煤礦液壓支架電液控制系統，為煤礦企業的高效生產和生產自動化找到新出路，是在自動化控制系統中的核心和樞紐，以保證提高生產效率，改善生產條件，實現安全生產的目的，使煤礦井下工作面的管理和生產發生革命性變化。

關鍵詞：煤礦；液壓支架；電液控制；研究

一、液壓支架電液控制系統的重要性

液壓支架自動控制系統是煤礦綜采工作的核心，是實現工作面自動化生產管理的重要手段，實現綜采工作面生產設備的自動控制，提高生產效率，改善生產條件，煤礦支架電液控制系統具有流量大、壓力高、防燃防爆、防塵、防腐蝕、防震動、抗電磁干擾等特殊要求，我國的液壓支架的控制方式主要是手動液壓控制，手動液壓快速控制系統雖然移動速度和操作性能弱，但是由于經濟價格低，維護方便，所以一般還在使用手動液壓控制，對此研制國產化液壓支架電液控制系統十分重要。

液壓支架電液控制系統主要由支架控制單元、順槽主機監控單元、本質安全網絡等部分組成，支架控制單元包括控制器、傳感器、電磁先導閥和主控閥等部分。支架控制器單元利用干線電纜互聯成網絡，支架控制器采用的是422通信，全局間采用CAN總線通信，支架控制器通過壓力傳感器、位置傳感器和位移傳感器等檢測出綜采工作面采煤機、液壓支架的工作狀態，利用總線網絡傳輸給順槽主機，實現液壓支架的自動控制。

二、液壓支架電液控制系統概述

1.液壓支架電液控制系統的基本原理

（1）全工作面自動控制系統

完善的電液控制系統包括紅外線裝置、控制臺，有效的滿足采煤機與支架的聯動作業，以便于實現自動化控制，把支架總的架控箱與主控制臺進行聯動，支架的紅外線接收紅外線發射器發出的信號，反饋到主控制臺，根據反饋的指令，促使支架正確的動作。

（2）雙向成組控制系統

將支架分成很多的小組，操作人員在首架中啟動架控箱，同時發出相應的指令，以保證鄰架按照規定程序進行動作，完成移架以后，把信號直接發送到下一個架控箱，循環往復地完成組內支架的自動控制過程。

（3）雙向鄰架控制系統

在煤礦開采的時候，支架都會配備架控箱，通過應用支架架控箱對鄰架的控制進行選擇，結合相應的指令發出控制信號，以保證鄰架相對應的微電機、電磁鐵等發出動作，把電信號轉化為液壓信號，進行有效的控制，把液體流入到支架液壓缸中，以保證支架的動作順利實現，支架的工作從壓力傳感器、位移傳感器等反饋到架控箱中，結合傳感器反饋信號，做出相應的動作。

2.系統組成

（1）電液控制器

電液控制器是整個系統的核心部分，其中主要包括信息傳輸處理、微處理器、數據接收裝置、操作鍵盤等，這一控制器具有兩大功能，就是根據操作指令集程序，完成整個電磁閥組的開啟或關閉過程，對千斤頂、支架立柱等進行有效的控制，還有就是實時獲得支架的數據，并且進行相關的分析和判斷，合理控制支架運行及發現支架故障，采取有效的控制措施。

（2）中心控制臺

對于系統能否發揮出相應的作用，主要是通過用戶對工作面自動化水平的認可程度來進行判斷，在系統中應用電液控制器，就不用在地面中央控制或井下控制室，對于控制系統的最低水平，是由雙向鄰架進行單一化控制的，并且向著成組推移、成組控制、自動排序等多元化功能方向發展。

（3）輔助設備

對于液壓支架的電液控制系統中，對支架狀態進行測定，將液壓參數轉換成電子信號，主要是通過壓力傳感器進行的，對于壓力傳感器具有獨立的輸出信號，就算發生線路中斷的情況，可以快速準確的判斷出其位置，并采取有效的措施，如果設置中心控制臺，故障可以快速的查找，這樣便于提高故障解除的速度。

三、順槽主機設計

順槽主機主要是由硬件和軟件組成的，通過現場總線與支架控制器構成通訊網絡，實時監控液壓支架的工作狀態，完成實時監測、遠程控制、故障診斷、數據查詢和上傳數據等功能，由于順槽主機工作環境十分惡劣，所以應該具有防潮、防塵、防爆的能力，在系統主機設計時，采用嵌入式PC104，其具有232、485、CAN、光纖接口、電流環接口等多種可擴展接口，使得電氣接口帶有光電隔離電路，并且具有很強的擴展性，與井下工作面中的其他設備也有很好的兼容性，可以直接的與采煤機、破碎機、轉載機、運輸機等設備進行接口連接，對井下工作面設備進行監控，實現綜采工作面的自動化操作。主機的監控功能依靠監控軟件實現，監控軟件分為前臺顯示和后臺數據處理，后臺程序通過現場總線采集相關數據，處理后儲存在數據庫中，前臺程序實現對數據庫的讀取和查找，將獲得的數據顯示在主界面上，在實際使用過程中由于系統需要傳輸大量的數據，所以架間通訊采用全雙工的RS422總線技術加以實現，由于現場總線的特殊情況，使得液壓支架控制器供電電源的功率受到限制，根據電源本身的功率與控制器功率及驅動閥組電流大小，一般情況下一個電源帶6個控制器，需要大量的獨立段緣供電，為了防止電流失衡的情況，架與架之間通過信號耦合器溝通信號，以達到安全標準。

四、綜采液壓支架電液控制系統的使用效果

1.有效的提高井下生產效益，改善井下工人的勞動條件

電液控制系統的使用，就不需要人工控制過程的輔助時間，這樣反應速度加快，通過計算機安排采煤工序，使得進行設備發揮出其最大的能力，對支架進行編組運行，并且同時對多個支架進行操作，這樣能有效的提高采煤機械的利用率和生產效率，在薄煤層刨煤機工作的時候，電液控制系統實現跟機定量推溜和自動移架，進行遠程的操控，使得井下實現無人操作，有效的解決薄煤層自動化開采的問題，使得井下工人的勞動條件得到很大的改善。

2.改善工作面頂板支護狀況，有利于生產安全

電液控制系統監測與控制與一體，合理解決在工作面支護中，液壓支架初撐力達不到額定阻力和帶壓移架問題，有效的改善工作面頂板的維護提供有利的條件，減少頂板事故的發生，由于操作人員可以進行鄰架控制、遠離工作面的控制，所以可以有效的避免遭受沖擊地壓、粉塵等礦井災害的襲擾，以確保工作人員的安全，電液控制系統的使用實現井下無人工作面，是我國煤礦生產自動化提高的主要表現。

結語：

液壓支架是煤礦綜合機械化采煤工作面的支護設備，同時也是采煤的關鍵設備，隨著綜采液壓支架電液控制系統的推廣，使得煤礦經濟效益不斷提高，電液控制系統對煤礦井下生產必不可少，隨著電子計算機和自動控制技術的快速發展，采煤技術設備的自動化液不斷的成熟，液壓支架的電液控制也不斷的發展，為煤礦生產的高效、安全和煤礦工人勞動環境及形象改變提供有利的條件，會為煤礦企業帶來明顯的社會效益和經濟效益。

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