基于PLC的液壓支架電液控制系統的研究

張少鵬

摘 要：煤炭開采離不開各種機械設備的支持，液壓支架就是至關重要的設備，它安裝在整個綜采工作面上，與采煤機和刮板輸送機配合，進行煤炭資源的開采。液壓支架可以實現支撐、切割、自動移動等動作，防止頂板脫落，為綜合采礦作業提供工作空間，降低了工作難度，確保人員以及設備的安全。液壓支架的動作由電液控制系統實現，其自動化程度和可靠性對整個綜采工作面的生產效率有很大影響。PLC技術作為一種先進的技術，將其應用到液壓支架電液控制系統中，可大幅度提升其自動化程度以及可靠性。就此，本文研究基于PLC的液壓支架電液控制系統設計。

關鍵詞：PLC技術 液壓支架 電液控制系統 系統研究

中圖分類號：TD355.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0082-02

1 PLC的介紹

PLC（Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，PLC是一種電子系統，可以用于數字操作，其利用可編程存儲器，可以在其內部執行多種控制，如順序控制、邏輯運算定時、計數等，有著極強的自動化程度。在利用PLC技術時，使用人員只需要發布相關指令，各種機器的生產運行就會有數字或模擬式進行輸入、輸出的控制。PLC的研發及應用主要是為了工業化生產，工業化生產環境復雜、多變，為了提升工業生產效率，確保生產安全，必須加強工業生產的自動化水平。當前，隨著PLC技術的研究與應用，可以實現位置控制、溫度控制等。其工作過程可分為四個階段：（1）內部處理階段：主要執行可編程控制器的檢查，檢查內容包括內部硬件的功能和正常操作。同時，可以重置監視計時器。（2）通信服務階段：控制器需要與其他智能設備通信，以響應程序員輸入的命令并更新其顯示內容。（3）輸入/輸出處理階段：控制器將所有外部輸入電路的開關狀態讀入輸入映像寄存器。（4）程序執行階段：輸入映像寄存器的狀態通常不隨外部輸入信號的變化而變化。因此，當輸入信號改變時，只能在下一掃描周期的輸入處理階段讀取新的狀態。

煤炭資源的開采已越來越依賴自動化技術，在煤炭資源的開采中，液壓支架對于綜采工作來說有著重要的作用，可以確保煤炭資源的有效開采，為了進一步提升液壓支架電液控制系統的自動化水平，就要將其與PLC技術進行有效結合，充分利用PLC技術的優勢，以實現自身自動化水平的進一步提升，進一步提升煤炭資源的開采效率，確保開采安全。同時，也要在運行過程中不斷優化、完善，不斷更新、升級，更好地應對越來越復雜的煤炭開采環境，滿足煤炭開采需求。

2 基于PLC的液壓支架電液控制系統設計

2.1 液壓支架電液控制系統的單體結構設計

在采煤地下綜采工作面中，有一個綜采工作面液壓支架電液控制系統，其是由多個單體液壓支架組成的系統，每個單獨的系統在該系統中是完全一致的，單個液壓支架電液控制系統的整體結構如圖1所示。由圖1可知，電液控制系統的單體結構由諸多模塊構成，如控制塊、信息獲取模塊等。其中控制模塊和信息獲取模塊是系統的核心單元。前者主要負責發出控制命令，后者主要負責收集液壓支架的運行狀態信息。在信息模塊中，壓力傳感器被設置于液壓支撐柱的壓力測量孔上，負責收集支撐柱上液壓油缸內的工作壓力，在推移油缸上端設置位移傳感器，負責測量位移情況。控制模塊接收到來自信息獲取模塊收集到的液壓支架運行狀態信號。系統利用設置在采煤機制定位置上的紅外發射裝置和設置在液壓支架裝置下的紅外接收裝置來判斷采煤機和液壓支架的相對位置，從而實現機器的自動控制。

綜采工作面電液控制系統是由控制閥組成的，控制閥一共有12組。在電磁先導閥的控制下，可以控制每個液壓支架液壓缸，不僅統一了控制，也統一了動作。為了實現對液壓支架動作的精準控制，控制可以利用數據信息獲取模塊采集到的數字信號，將數字信號作為控制液壓缸運行的基本信息。電源模塊需要采用每組5個控制器的雙路直流電源供電系統，這樣不僅能保證控制系統運動狀態的穩定性，還保證了控制系統運動狀態的連續性。在在該控制系統中，液壓支架液壓缸的活塞桿端部的負載在不同工況下是有很大區別的，液壓缸工作時的最大負載是35MPa，必須要控制好這個負載，將其控制在這一范圍內。

2.2 液壓支架電液控制系統硬件結構設計

硬件結構以PLC為核心，有位移傳感器、壓力傳感器、紅外接收器、接口RS485、CAN接口、驅動隔離、信號調理、數據存儲器、程序存儲器、聲光報警裝置等等，結構復雜，該結構通過CAN總線結構實現不同液壓支架單體之間數據的傳輸以及交換。當上位機接收到來自控制器數據獲取模塊采集到的數據信息后，上位機根據程序指令和電流信號實現電磁先導閥的開口狀態控制主閥的開關，從而實現液壓支架控制油缸的控制，實現了支架單體，組成控制和每個支架單體單元的聯動控制。在液壓支架組的控制過程中，系統為了實現整個控制過程的閉環控制。根據以往的工作經驗來看，在液壓控制系統進行工作時，采煤機的工作運行狀態會影響液壓支架的工作時間、運動速度以及運動量，采煤機液壓支架的工作狀態受到了工作位置的嚴重影響，有著決定性的作用。并且，在采煤機運動時，液壓支架前進的推進速度也受到了來自采煤機牽引速度的影響，決定了前進速度的快慢。液壓支架移動時的速度也受到了來自液壓支架支撐模式的決定性影響。為了滿足液壓支架快速支撐、快速移動、快速拆卸的要求，該支撐方法有著諸多優勢，如頂板暴露的時間短，梁端的距離小，操作步驟很少，運行速度也非常快。

2.3 液壓支架順序聯動軟件系統設計

系統開始，收到升柱指令后，系統應答，2s報警延時后，報警關閉，開啟降架電磁閥，對立柱壓力和行程量進行讀取，達不到要求再回到前一步操作，達到要求，位于降柱上的電磁閥閉合，系統控制打開控制液壓支架移架的電磁閥，對立柱壓力和行程量進行讀取，達不到要求再回到前一步操作，達到要求，移架電磁換向閥閉合，升柱電磁閥打開，控制液壓支架緩慢上升，直到達到系統的設定值，從而完成整個降移升循環控制過程。

3 結語

綜上所述，將PLC技術應用到液壓支架電液控制系統中，可以極大地提升液壓支架聯合運動控制的自動化程度，使得精準性也得到了大幅度的提升，降低了液壓支架狀態轉換時間，使液壓支架組的工作更加快速、高效、可靠。對于井下綜采區的生產來說，滿足了其對于安全生產的需要，值得推廣、應用。

參考文獻

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