液壓支架電控系統的設計

任建庭

（陽煤寺家莊有限責任公司機運部修配隊， 山西 晉中 045300）

引言

液壓支架、刮板輸送機以及采煤機為綜采工作面的三大綜采設備，各個綜采設備工作面的穩定性和可靠性直接決定著煤炭的生產效率和綜采工作面生產的安全性[1]。液壓支架不僅為采煤機和刮板輸送機提供支護頂板，還為綜采工作面的作業人員提供安全的作業空間。目前，我國仍有部分綜采工作面采用手動方式對液壓支架進行控制，在實際生產中常出現支護不到位、支護效率低等問題，嚴重制約著綜采工作面的安全生產。因此，實現液壓支架的自動化控制是十分有必要的。

本文針對某礦工作面液壓支架設計與其相對應的電控系統。

1 液壓支架液壓原理

液壓支架的主要功能是完成對工作面頂板和底板的支護，是工作面安全生產的基礎。液壓支架通過乳化液泵站供給的高壓乳化液為其提供支護力，并根據實際生產需求完成降落、移架、支撐以及推架等操作。液壓支架液壓原理如圖1所示。

2 液壓支架電控系統要求

液壓支架作為綜采工作面支護頂板和底板的核心部件，其可根據綜采工作面的特點及生產要求，完成液壓支架的單動作、順序動作，液壓支架的成組動作、自動控制動作等。為此，為滿足實際生產的需求，要求其電控系統必須能夠完成上述基本動作[2]。

1）針對液壓支架的單架動作，要求其電控系統能夠實現升柱、降柱、推溜、拉架、臺底座、收底座、伸側板、收側板等功能；

2）針對液壓支架的單架順序聯動，要求其電控系統在12 s內按照順序完成降柱、移架、升柱操作。此外，要求其電控系統根據生產要求完成對側護板、千斤頂以及伸縮量的伸、收操作。

3）針對液壓支架的成組動作，要求其電控系統根據生產要求對某一組的液壓支架進行操作，要求每臺液壓支架能夠實現自動開始動作并自動停止，直至組內所有液壓支架均完成操作。

4）針對液壓支架的自動控制，要求其電控系統能夠根據采煤機的實時位置及下一步生產計劃自動完成液壓支架的推溜、移架、護幫伸收等操作。

圖1 液壓支架液壓原理圖

3 液壓支架電控系統硬件的設計

3.1 液壓支架電控系統結構的分析

根據綜采工作面的實際生產需求，要求每個支架至少需要8個控制系統或壓力、位移等檢測信號。因此，要求為每臺液壓支架配置一臺控制器，且各個液壓支架控制器之間能夠實現相互通信。綜合考慮國內外先進液壓支架控制器的設計經驗，采用CAN總線實現工作面每個液壓支架的相互通信，現場每個電源箱為六個液壓支架控制器供電，基于以太網實現地面監控中室與順槽工作主站的通信[3]。每個液壓支架的控制器結構如下頁圖2所示。

如圖2所示，液壓支架控制器的核心PLC通過壓力、位移及紅外傳感器獲取液壓支架的實時信息，并對上述獲取的信息分析處理后，通過電磁先導閥實現對液壓支架的控制。其中，壓力傳感器采集支架立柱的下腔壓力；位移傳感器采集推移千斤頂的行程；紅外傳感器采集采煤機的實時位置。

圖2 液壓支架控制器結構示意圖

3.2 液壓支架電控系統硬件的選型設計

根據液壓支架單架及成組所承擔的生產任務及其電控系統功能要求，組成液壓支架電控系統硬件的核心部件包括有液壓支架控制器、壓力傳感器、位移傳感器、紅外傳感、PLC控制器以及電源等[4]。液壓支架電控系統核心硬件選型結果如表1所示。

表1 電控系統核心硬件選型

3.3 CAN總線模塊的設計

鑒于綜采工作面相對惡劣的生產環境，為保證各個控制器之間的通信與控制，對電控系統CAN模塊的穩定性和可靠性提出了更高的要求[5]。CAN總線模塊的核心為LPC2119控制器和隔離電源。CAN總線模塊實物及隔離電源電路如圖3、圖4所示。

圖3 CAN總線模塊實物圖

圖4 隔離電源電路圖

4 液壓支架電控系統軟件的設計

在實際生產過程中，液壓支架可能經歷主控模式、從控模式、閉鎖模式以及空閑模式。且每個工作面可根據如圖5所示的流程進行切換。

圖5 液壓支架工作面模式切換

如圖5所示，主控模式為通過該液壓支架完成對本組其他液壓支架的控制；從控模式為該液壓支架根據其他液壓支架的控制器控制；閉鎖模式為其他液壓支架控制器不能對該液壓支架及其左右臨架的控制器進行操作；空閑模式為該液壓支架等待其他液壓支架控制器的控制命令。

液壓支架的單架控制、順序控制以及成組控制的程序流程圖如圖6所示。

圖6 液壓支架電控系統關鍵動作程序流程圖

5 結語

通過為工作面每臺液壓支架配置一臺控制器，能夠實時采集支架的工作壓力、千斤頂位移及采煤機的位置，基于PLC控制器對上述信息進行分析處理后，通過電磁先導閥實現對液壓支架的自動化控制，以實現液壓支架的單架、成組動作以及順序動作等功能。