液壓支架電氣控制系統的試驗與應用

王建平

（壽陽開元礦業有限責任公司機電運輸部，山西 壽陽 045400）

引言

液壓支架、采煤機、刮板輸送機為綜采工作面的“三機”，其擔負著煤礦的主要生產任務。尤其是大功率、多功能采煤機在工作面的應用，對其配套刮板輸送機、液壓支架等大型設備的自動化、智能化水平和可靠性提出了更高的要求。液壓支架作為工作面安全支護的主要設備，其根據生產任務對支護高度進行控制；同時，為刮板輸送機提供推溜動力。端頭控制器是實現對液壓支架的遠程控制，并最終實現工作面自動化生產的基礎[1]。本文重點對液壓支架電氣控制系統進行試驗與應用研究。

1 液壓支架端頭控制器集中控制設計

液壓支架電氣控制系統主要由防爆計算機、端頭控制器、各架間的控制器組成。其中，防爆計算機主要用于接收液壓支架運行狀態參數，并對參數進行記錄和存儲。端頭控制器主要功能是對現場液壓支架的實際工作參數和工作面其他設備的工作狀態發出相對應的控制指令，同時向防爆計算機發送預警信號和故障信息，其是實現遠程監測控制的核心器件[2]。架間控制器是具體控制某組液壓支架的直接控制裝置；同時架間控制器還裝備了位移、壓力等傳感器對液壓支架支柱壓力、推溜位移等參數進行采集，為端頭液壓支架提出控制指令奠定基礎。液壓支架一體化電氣控制系統組成如圖1 所示。

由圖1 可知，端頭控制器是實現液壓支架集中、一體化控制的核心，起著承上啟下的作用，主要承擔發送控制指令、接收設備運行參數、向防爆計算機上傳運行參數的功能。

圖1 液壓支架電氣控制系統組成圖

1.1 端頭控制器巡檢功能的實現

端頭控制器巡檢功能指的是能夠對現場各類傳感器所采集的數據進行接收，其是實現集中、一體化控制和在線監測的基礎。端頭控制器在現場傳感器采集數據支撐作用下，結合工況和實際運行參數對架間控制器發出控制指令；將控制指令和實時運行參數上傳至上位機供用戶直觀查看[3]。端頭控制器巡檢流程如下：從當前液壓支架的狀態參數判斷采煤機的位置，為集中控制奠定堅實的基礎；以采煤機為中心，對其前后15 架的狀態進行巡檢。

巡檢參數包括整體參數、局部參數、成組參數和端頭自動化參數。其中，整體參數主要包括移架、降柱、升柱、推溜的最長時間及推溜安全間距、移架壓力等；局部參數主要包括最小升架壓力、頂梁伸縮時間、極限壓力、移架壓力等；成組參數主要包括小循環參數、成組推溜參數、成組移架參數等；端頭自動化參數主要包括上下端頭的開啟與否、上下端頭反向開關與否等。端頭液壓支架巡檢流程設計如下頁圖2 所示。

圖2 液壓支架巡檢流程

1.2 端頭控制器集中控制功能的實現

端頭控制器集中控制功能是根據采煤機的實時位置并結合工藝要求對液壓支架的各項動作發出指令。對于綜采工藝而言，主要包括中間區段、斜切進刀、截割三角煤及返回中間段。其中，以斜切進刀和截割三角煤對應的工藝流程比中間區段和返回中間段的工藝流程復雜[4]。因此，實現對采煤機在斜切進刀和截割三角煤工藝時對液壓支架的精準、實時控制尤為重要。端頭控制器集中控制功能實現流程如圖3 所示。

圖3 端頭控制器集中控制功能流程設計

2 液壓支架電氣控制系統的試驗與應用

在對液壓支架電氣控制系統軟硬件（包括端頭控制器硬件、鍵盤顯示程序、遠程手動控制程序、集中控制追機拉架程序、故障報警、急停功能、錯誤狀態顯示功能等）調試成功的基礎上，對液壓支架電氣控制系統的性能進行試驗。

2.1 液壓支架電氣控制系統性能試驗

重點對液壓支架電氣控制系統的基本功能組成檢查試驗、工作穩定性進行試驗。按照如圖4 所示的方式對被試組件進行連接，重點對單臺小循環、成組、煤機聯動控制功能進行試驗。經試驗后得出如下結論：

圖4 受試系統連接圖

1）小循環功能試驗結論：選擇左右各一臺液壓支架為被控液壓支架，操作者按下“小循環”操作鍵后，相鄰液壓支架能夠按照指定動作運行，包括降架、移架、升降等；選擇左右各7 臺液壓支架為成組動作液壓支架，操作者按下“小循環”鍵后，成組液壓支架均能夠按照指定指令動作。

2）電氣控制系統工作穩定性試驗結論：系統在連續長時間運行后輸出電壓始終為額定值；系統連續長時間運行后始終能夠保證穩定輸出狀態。

2.2 液壓支架電氣控制系統地面試驗

液壓支架電氣控制系統地面試驗主要對其遠程手動控制功能進行試驗。該項試驗主要是對液壓支架執行指令動作的所需時間和反應速度進行試驗，在現場試驗后得出如下結論：

1）試驗人員按下“動作鍵”后，對應被控制的液壓支架會實時動作，即具有較好的實時性，可滿足實際生產需求[5]。同時，在反復試驗過程中能夠穩定、實時執行指令，并未出現誤動作或不響應的情況。

2）根據現場工況，設定端口控制器執行每個指令的時間不超過5 s。經反復試驗后，液壓支架動作執行時間均不超過5 s，即動作速度滿足要求。

2.3 液壓支架電氣控制系統的應用

為驗證所設計液壓支架電氣控制系統在現場的應用效果，將其應用于實際工作面中，該工作面走向長度為200 mm，并為其配置了122 個液壓支架，現場液壓支架安裝如圖5 所示。

圖5 液壓支架現場應用

經實踐應用并總結如下：在應用生產的一個周期內，液壓支架電氣控制系統能夠穩定通信，能夠根據采煤機實時位置等工況對各項動作進行實時、精準控制，并在故障發生前能夠實現急停、閉鎖的控制功能；同時，電氣控制系統還能夠將液壓支架運行參數及控制指令實時上傳于上位機，實現了遠程、集中控制。

3 結論

液壓支架為綜采工作面的主要支護設備，其與采煤機、刮板輸送機一起稱為工作面的“三機”，為進一步提升綜采工作面生產安全性和效率，提升液壓支架電氣控制系統的性能尤為重要。本文所設計的液壓支架電氣控制系統能夠實現對設備集中、一體化、遠程控制。通過試驗表明：電氣控制系統的性能優越、穩定性良好，系統動作速度滿足不超過5 s 的要求；并經實踐工作面驗證其在惡劣環境下也可正常通信、穩定及時控制。