基于PLC的液壓支架控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

趙彩霞

（同煤集團煤峪口礦電訊科，山西 大同 037003）

基于PLC的液壓支架控制系統(tǒng)應(yīng)用研究

趙彩霞

（同煤集團煤峪口礦電訊科，山西 大同 037003）

針對薄煤層采煤效率低，煤炭資源嚴重浪費的問題，并結(jié)合中厚煤層開采方法，提出一種十分有效的技術(shù)方法。以高可靠性的PLC控制器作為液壓支架電液控制系統(tǒng)的控制核心，以CAN總線作為通訊方式，實現(xiàn)液壓支架的本架、鄰架、隔架控制等。經(jīng)過反復(fù)驗證調(diào)試證明，以PLC為控制核心的支架控制系統(tǒng)能夠可靠的完成支架以及支架之間的基本動作，能夠提高工作面推進速度，提高薄煤層工作面的生產(chǎn)效率，提高工作人員的生命安全保障，實現(xiàn)安全可靠生產(chǎn)，以及提高薄煤層綜采工作面智能化水平。

液壓支架；控制系統(tǒng)；PLC；CAN總線

0 引言

在煤礦開采中，薄煤層的開采難度大，煤炭資源的利用率低，并且薄煤層的安全高效性以及機械化程度比中厚煤層的要低[1]。因此，如何實現(xiàn)薄煤層的安全高效和綜合機械化、智能化開采，提高煤炭資源的利用率，進行薄煤層開采配套設(shè)備的新技術(shù)研究勢在必行。在煤炭開采設(shè)備中，液壓支架是最關(guān)鍵最重要的機械設(shè)備，因此，對液壓支架控制系統(tǒng)的研究至關(guān)重要。目前，液壓支架電液控制系統(tǒng)是最先進的支架控制系統(tǒng)。本文提出了一種以PLC為控制核心的液壓支架電液控制系統(tǒng) （以下簡稱支架控制系統(tǒng)），利用 CAN（ControllerAreaNetwork）現(xiàn)場總線進行通訊[2]，實現(xiàn)程序化操作，可顯著提高生產(chǎn)效率和煤炭資源的利用率，達到安全高效智能化生產(chǎn)。

1 支架控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)中每架支架由一臺PLC控制器控制，所有的支架控制器以及服務(wù)器都掛接在一條CAN總線上，支架控制器之間以及支架控制器與服務(wù)器之間的通訊都是通過CAN總線建立起來的，構(gòu)成了綜采工作面液壓支架電液PLC控制系統(tǒng)。CAN總線上所有的支架控制器相互獨立，能夠完成彼此之間的相互通信，完成控制系統(tǒng)的鄰架控制、隔架控制、成組控制和采煤機位置自動控制等功能。當(dāng)其中任意一架或者幾架控制器出現(xiàn)故障時，對其他控制器的正常工作不會產(chǎn)生影響，從而提高了采煤工作面的采煤效率[3]。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

支架控制系統(tǒng)主要由支架控制器、各類數(shù)據(jù)傳感器（壓力、位移、紅外）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口、電磁先導(dǎo)閥，以及外接了擴展的輸入，顯示，報警等組成。其原理框圖如圖2所示。

圖2 液壓支架電液控制系統(tǒng)原理框圖

支架控制器是支架電液控制系統(tǒng)的基本組成，控制器是以PLC為核心控制單元，傳感器將檢測到的信息經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，再傳入PLC控制器中進行相應(yīng)的分析處理，輸出相應(yīng)控制信號，控制相應(yīng)電磁先導(dǎo)閥的通斷，再控制相應(yīng)液控主閥的通斷，實現(xiàn)對液壓支架動作的控制。鍵盤作為外接的輸入裝置，可以實現(xiàn)對支架各動作的控制，顯示器用于同步顯示當(dāng)前支架的工作狀態(tài)和采煤工作面的信息，并能夠及時報告故障的位置，讓操作人員進行處理，同時還可以對一些緊急情況發(fā)生聲光報警。

2 PLC支架控制器的硬件設(shè)計

PLC的端口地址分配表如表1、表2所示。PLC支架控制器的硬件選用兩個S7-200系列PLC進行實驗室測試，CPU的類型為224XP，兩個EM231擴展模擬量輸入模塊，兩臺控制器通過CAN總線連接可以實現(xiàn)互控功能[4]。實驗預(yù)測試的控制功能包括：單架單動作、單架順序聯(lián)動、急停、閉鎖及報警等。單架單動作主要包括立柱升降、推溜拉架、平衡伸收、側(cè)護伸收等。單架動作就是每次控制的支架只有一架，左鄰架或右鄰架。單架順序聯(lián)動功能就是指液壓支架連續(xù)的完成降柱-移架-升柱這幾個動作，而這一系列動作都是自動連續(xù)有順序的[5]。PLC的輸入采用BCD碼（8421碼），利用4個輸入控制15個內(nèi)部繼電器。

表1 PLC的輸出端口地址分配

表2 PLC的輸入端口地址分配

3 軟件設(shè)計思路

PLC控制器主要有四種工作模式，分別為主控模式、從控模式、空閑模式、閉鎖模式。在主控模式下，控制器不接收別的控制器發(fā)出的控制命令，主控模式時間過后轉(zhuǎn)入空閑模式；從控模式是某一主控模式所操作的結(jié)果，是該控制器正在運行著某個控制程序，正在控制著本架執(zhí)行某一功能動作的工作模式，在從控模式下，控制器不能夠做任何按鍵操作；空閑模式是指控制器不做任何鍵操作，不執(zhí)行任何動作程序和命令的空閑狀態(tài)，此時控制器等待接收和執(zhí)行命令轉(zhuǎn)為主控或從控模式；控制器接收到閉鎖命令后即轉(zhuǎn)入閉鎖模式，處于閉鎖模式下的控制器不能變?yōu)閺目鼗蚩臻e模式，也就是說閉鎖模式下不接收外來的命令，不能控制支架執(zhí)行相應(yīng)的動作，但在閉鎖模式下控制器可轉(zhuǎn)變?yōu)橹骺啬Ｊ?。圖3為液壓支架控制器讀總線信息流程圖。

控制器開始處于空閑狀態(tài)，不斷讀取總線上的數(shù)據(jù)，總線上沒有數(shù)據(jù)時處于空閑狀態(tài)，繼續(xù)讀取總線信息?？偩€上一旦有信息，判斷這個數(shù)據(jù)是否是發(fā)送給本架的信息，也就是看控制地址和本架地址是否一致，如果不一致則回到空閑狀態(tài)。若一致，判斷信息的類型，如果是數(shù)據(jù)類型的信息，就存入相應(yīng)的寄存器，然后顯示與工作面相關(guān)數(shù)據(jù)。如果是命令信息，那就要分析是何種命令類型，改變當(dāng)前的控制模式為從控模式，然后執(zhí)行相應(yīng)的命令。本架延時一段時間后改變控制模式為空閑。在執(zhí)行命令過程中，一些動作的完成還需要結(jié)合壓力傳感器或者位移傳感器的信息。在本架進行操作的時候，本架會變成主控模式，被控架就變成從控模式。程序內(nèi)有計時，如果在設(shè)定時間內(nèi)沒有有效按鍵信息就返回，例如選擇類型是單架的時候，就要選

圖3 液壓支架控制器讀總線信息流程圖

擇功能鍵，如果在有效的時間內(nèi)沒有按鍵按下，就回到空閑模式。

4 結(jié)束語

本文對液壓支架電液控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理進行了分析，對液壓支架PLC控制器的硬件以及軟件設(shè)計進行了分析，以及完成了對軟硬件的功能闡述，繪制了液壓支架電液控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖、硬件端口地址分配以及軟件設(shè)計流程圖。經(jīng)過實驗室測試，液壓支架控制系統(tǒng)能夠可靠地完成單架單動作、單架順序聯(lián)動、急停、閉鎖及報警等功能。提出了一種針對薄煤層液壓支架控制器的控制思路，為提高薄煤層工作面推進速度、薄煤層工作面的生產(chǎn)效率提供了理論基礎(chǔ)。

[1]喬紅兵，吳淼，胡登高.薄煤層開采綜合機械化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，2.

[2]郭鳳儀，徐鵬，梁海洪.PLC在液壓支架控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011，3.

[3]張偉，韓基新.綜采工作面液壓支架計算機分布式控制系統(tǒng)[J].礦山機械，2002，2.

[4]韓紅遠，朱翔宇.CAN總線在煤礦安全監(jiān)控系中的應(yīng)用[J].太原科技，2007，5.

[5]韓素媛.綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2007，8.

The Hydraulic Support Control System Based on PLC Application Research

ZHAO Cai-Xia
(Telecom Department of Meiyukou Coal Mine,Datong Coal Mine Group,Datong Shanxi 037003,China)

For thin coal seam mining efficiency is low,the problem of serious waste of coal resources,and combined with thick coal seam mining method,a kind of very effective technology method is put forward.With high reliability PLC controller as the control core of the control system of hydraulic support electro-hydraulic,with Can-bus as the communication methods,implementation of hydraulic support this frame,the adjacent frame,frame control etc.After repeated verification debugging prove to PLC as the control core of stents to fulfill the stents and reliable control system between the basic action,can improve the working face advancing speed,improve the working efficiency of thin coal seam,improve the staff's life safety,realizing safe and reliable production,and improve the level of intelligent thin coal seam fully mechanized coal face.

hydraulic support；control system；PLC；CAN-bus

TP29

：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.060

1002－6673（2014）03－158－03

2014－04－16

趙彩霞 （1973-），女，山西大同人，本科，工程師。主要從事煤礦機電信息管理，礦井通訊，礦山機電控制等方面的研究與管理工作。