煤礦綜采工作面液壓支架電液控制技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

宋單陽(yáng)，宋建成，田慕琴，許春雨，宋 鑫，李新勝

(太原理工大學(xué) 礦用智能電器技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，煤礦電氣設(shè)備與智能控制山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030024)

液壓支架是用于采煤工作面頂板支護(hù)的設(shè)備，在現(xiàn)代化采煤工作中起著極其重要的作用，該設(shè)備的誕生極大地提高了采礦業(yè)的工作效率和安全水平。液壓支架誕生于20世紀(jì)50年代的英國(guó)[1]，經(jīng)歷了垛式、節(jié)式、掩護(hù)式、支撐式等不同的發(fā)展階段，目前支撐掩護(hù)式支架應(yīng)用較多，特別是在煤礦綜采工作面中[2]。

液壓支架工作時(shí)需要復(fù)雜的獨(dú)立控制功能和相互之間的協(xié)調(diào)控制技術(shù)。每臺(tái)支架都擁有十余個(gè)動(dòng)作，最初每組動(dòng)作都由手動(dòng)液壓閥來(lái)控制，但是這種控制方式很難滿足生產(chǎn)效率和日益提高的安全性技術(shù)要求。液壓支架電液控制技術(shù)就是在這種背景下逐漸發(fā)展起來(lái)的，并且從簡(jiǎn)單的鄰架控制，迅速向全工作面的自動(dòng)化集中控制進(jìn)步。液壓支架電液控制技術(shù)同樣起源于最早開(kāi)發(fā)液壓支架的英國(guó)，并很快在歐洲、美洲、澳大利亞等世界上許多的國(guó)家和地區(qū)獲得了巨大的發(fā)展和應(yīng)用。

現(xiàn)代液壓支架電液控制技術(shù)，是一個(gè)集機(jī)械、液壓、電子、計(jì)算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)諸多關(guān)鍵技術(shù)為一身的高技術(shù)體系，具有控制效率高、動(dòng)作精度高、安全系數(shù)高等特點(diǎn)，并且特別適合于綜采工作面自動(dòng)化作業(yè)的實(shí)施；相比于傳統(tǒng)控制方式，電液控制能大大提高自動(dòng)化程度，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率；對(duì)于液壓支架系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，也只有電液控制技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)支架的快速、精確、高效、安全控制。并且，液壓支架電液控制技術(shù)已經(jīng)不局限于控制液壓支架本身的動(dòng)作，而是集信息采集和反饋為一體，并且承擔(dān)起了采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等設(shè)備協(xié)同工作的控制功能，成為無(wú)人值守工作面自動(dòng)化生產(chǎn)作業(yè)中，協(xié)調(diào)整套設(shè)備系統(tǒng)非常重要的一環(huán)[3]。無(wú)論從當(dāng)前還是長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，集諸多優(yōu)點(diǎn)于一身的電液控制技術(shù)都擁有著良好的發(fā)展和應(yīng)用前景，加快發(fā)展液壓支架電液控制技術(shù)是無(wú)人值守或少人值守工作面自動(dòng)化采煤的必然選擇；同時(shí)，無(wú)人值守全工作面自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)也是電液控制技術(shù)的主要發(fā)展方向。

1 電液控制技術(shù)發(fā)展歷程

1.1 國(guó)外的發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代，英國(guó)研制出了世界上第一臺(tái)垛式液壓支架。到了20世紀(jì)70年代，隨著液壓支架動(dòng)作功能的增加、動(dòng)作速度的提高和動(dòng)作安全性要求的提升，對(duì)液壓支架電液控制的研究開(kāi)始集中涌現(xiàn)；1981年，英國(guó)道梯公司首先研發(fā)出了第一套成熟的液壓支架電液控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于澳大利亞科里曼爾煤礦長(zhǎng)壁綜采工作面；1985年該公司研發(fā)出了第二代電液控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運(yùn)輸巷內(nèi)布設(shè)了主控制臺(tái)，通過(guò)通訊電纜完成對(duì)各支架控制器的尋址，實(shí)現(xiàn)了全工作面支架的集中控制。

同一時(shí)期，德國(guó)、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也紛紛意識(shí)到液壓支架電液控制技術(shù)的巨大優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿?，開(kāi)始集中力量開(kāi)展相關(guān)研究。德國(guó)威斯特伐利亞公司與西門子公司聯(lián)合研制的Panzermatic-E系統(tǒng)，是德國(guó)第一套達(dá)到實(shí)用并推廣應(yīng)用的液壓支架電液控制裝置，該系統(tǒng)能夠分組顯示液壓支架的相對(duì)位置和故障，顯示系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，如降柱時(shí)間、分組架數(shù)、采煤機(jī)相對(duì)位置及其行程，并能用鍵盤輸入某些運(yùn)行參數(shù)；1987年德國(guó)威斯特伐利亞公司又和Macro公司合作研發(fā)出了PM2型電液控制系統(tǒng)，應(yīng)用于德國(guó)魯爾礦區(qū)，該系統(tǒng)率先實(shí)現(xiàn)了總線方式的急停，使得系統(tǒng)對(duì)急停功能的響應(yīng)速度大大提高[4]。70年代到80年代末這一時(shí)期，電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是功能比較簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性不高，各公司的產(chǎn)品都處于不斷升級(jí)改造、逐步完善的階段，屬于電液控制技術(shù)的初步發(fā)展時(shí)期。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著電子技術(shù)、控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電液控制技術(shù)的水平獲得了大幅提高[5]。1990年威斯特伐利亞和Macro公司推出了PM2型系統(tǒng)的演化升級(jí)型號(hào)PM3型，PM3型電液控制系統(tǒng)在技術(shù)上已相當(dāng)成熟可靠，在世界范圍內(nèi)得到了推廣應(yīng)用；該型號(hào)之后發(fā)展出兩個(gè)分支，即：由Macro公司推出的PM31型，和現(xiàn)屬于德國(guó)DBT公司旗下的PM4型。這兩種產(chǎn)品都具有很高的可靠性，能夠兼容多種類、不同廠商的傳感器，適用條件比較廣泛，信息采集功能也十分完善。因此，直到21世紀(jì)初葉，這兩個(gè)型號(hào)的產(chǎn)品以及與其具有相似特點(diǎn)的美國(guó)JOY公司的RS20型、德國(guó)EEP公司的PR116型、德國(guó)迪芬巴赫公司的ASG5型成為了世界上的主流液壓支架電液控制器產(chǎn)品，它們奠定了這類產(chǎn)品的基本形態(tài)。

20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初的這一時(shí)期，電液控制技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，應(yīng)用規(guī)模大大擴(kuò)展。以美國(guó)為例，截止到1994年，美國(guó)81個(gè)綜采工作面有73個(gè)配備了了電液控制系統(tǒng)，比例超過(guò)90%；到1996年該比例上升至92.7%.

1.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷程

與世界上其它發(fā)達(dá)國(guó)家不同，我國(guó)在液壓支架及其電液控制技術(shù)方面的研究起步較晚，經(jīng)歷了引進(jìn)吸收、合作開(kāi)發(fā)到自主研究的發(fā)展過(guò)程。

我國(guó)于20世紀(jì)70年代末開(kāi)始引進(jìn)英國(guó)、德國(guó)較為先進(jìn)的液壓支架和綜采設(shè)備，80年代中期開(kāi)始自主研究電液控制技術(shù)，但初期收效并不顯著[6]。1991年北京煤機(jī)廠研制出BMJ-Ⅰ型電液控制系統(tǒng)，鄭州煤機(jī)廠研制出DYZK-Ⅰ型電液控制系統(tǒng)，后者在大同四臺(tái)礦完成20架井下工業(yè)性試驗(yàn)；1993年9月鄭州煤機(jī)廠在I型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出DYZK-Ⅱ型支架電液控制系統(tǒng)，在邢臺(tái)煤礦進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn)并通過(guò)鑒定；1996年煤炭科學(xué)研究總院太原分院研制出了YLT型支架電液控制系統(tǒng)，在大同礦務(wù)局馬脊梁礦進(jìn)行了國(guó)內(nèi)第一個(gè)全套工作面井下工業(yè)性試驗(yàn)并通過(guò)鑒定，又于1998年在東勝補(bǔ)連塔煤礦進(jìn)行了16架試驗(yàn)。

以上國(guó)內(nèi)早期研制成功的電液控制產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)鄰架單動(dòng)作和成組動(dòng)作程序控制，具有急停、報(bào)警等必要安全功能[7]，但是通訊距離和穩(wěn)定性普遍不高，受基礎(chǔ)工業(yè)水平和企業(yè)管理水平制約，基本元件和批量產(chǎn)品的可靠性比較低，因此在大范圍推廣上受到了影響。

2008年3月鄭州煤機(jī)廠最新研制的電液控制系統(tǒng)通過(guò)國(guó)家試驗(yàn)檢測(cè)中心的測(cè)試認(rèn)證，獲得相關(guān)安標(biāo)證書，標(biāo)志著我國(guó)電液控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)開(kāi)始走向成熟；鄭州煤機(jī)集團(tuán)研發(fā)的電液控制產(chǎn)品，具有6路信號(hào)采集功能，20路開(kāi)關(guān)量輸出功能，能夠和其生產(chǎn)的液壓支架更好的配合，通訊系統(tǒng)則采用冗余雙總線結(jié)構(gòu)，還具有中、英、俄三種語(yǔ)言顯示的功能特點(diǎn)。同年，天地瑪珂公司在引進(jìn)德國(guó)Macro公司PM31系統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)，于2008年底通過(guò)成果鑒定，形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果[8-9]，正式彌補(bǔ)了我國(guó)在這一領(lǐng)域的空白。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的嵌入式控制技術(shù)，使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的CAN總線建立通信系統(tǒng)，采用人機(jī)操作界面分離，驅(qū)動(dòng)電路合一的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、性能可靠、使用方便等特點(diǎn)，其部分技術(shù)已達(dá)到或超過(guò)世界先進(jìn)水平。

在煤礦綜采自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展需求的驅(qū)動(dòng)下，國(guó)內(nèi)陸續(xù)涌現(xiàn)了多家研究單位。除鄭州煤機(jī)液壓電控有限公司和北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司外，寧波長(zhǎng)璧流體動(dòng)力科技有限公司、四川航天電液控制有限公司和太原理工大學(xué)等單位都對(duì)電液控制技術(shù)展開(kāi)了深入的研究，促進(jìn)了電液控制技術(shù)的不斷發(fā)展。

寧波長(zhǎng)壁流體動(dòng)力科技有限公司研發(fā)的產(chǎn)品采用分離式結(jié)構(gòu)，主體人機(jī)交互界面具有22個(gè)操作按鍵、2×10中文顯示液晶屏和蜂鳴器。它通過(guò)外置的紅外接收器接受采煤機(jī)位置信息。動(dòng)作控制信息則由電磁閥驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行解碼和驅(qū)動(dòng)。該產(chǎn)品靜態(tài)工作電流不超過(guò)150 mA，采用本安防爆設(shè)計(jì)，擁有良好的節(jié)能和防護(hù)性能。

四川航天電液控制有限公司研發(fā)的電液控制系統(tǒng)使用了CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通訊，采用非主-從結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，還配備有無(wú)線遙控器。系統(tǒng)含有壓力、位移、雙軸傾角傳感器，均具有良好的測(cè)量精度和靈敏度?？刂破魍鈿そ?jīng)過(guò)了專業(yè)的防水防塵設(shè)計(jì)，內(nèi)部電路板全部灌封，其防水、防塵、防震、抗干擾性能都處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位。

太原理工大學(xué)煤礦電氣設(shè)備與智能控制山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、暨礦用智能電器技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室在國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目“煤礦無(wú)人值守工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)的研制”和山西省國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目“無(wú)人值守工作面液壓支架自動(dòng)追機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)”兩大項(xiàng)目的聯(lián)合資助下，研制出了ZDYZ型電液控制系統(tǒng)[10]。該系統(tǒng)功能齊全[11]，技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)可以采集液壓支架的狀態(tài)信息[12]并實(shí)現(xiàn)這些信息的上傳和集中管理[13]，進(jìn)而據(jù)此完成自動(dòng)制導(dǎo)和集中控制[14]；該系統(tǒng)還具有通用性強(qiáng)，組成靈活度高的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)Χ鄠€(gè)廠家的不同規(guī)格傳感器[15]、電磁先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)完全兼容，最大限度降低工作面綜采設(shè)備的配合難度。系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的方式，經(jīng)過(guò)前后多次的井下試驗(yàn)和生產(chǎn)運(yùn)行，針對(duì)我國(guó)煤礦的特點(diǎn)和井下工人的使用習(xí)慣[16]，進(jìn)行了數(shù)次技術(shù)升級(jí)[17]，形成了具有國(guó)際先進(jìn)水平的電液控制技術(shù)[18-19]。2013-2016年期間，該系統(tǒng)在晉煤集團(tuán)古書院礦152304，152308等6個(gè)工作面先后應(yīng)用，取得了良好的效果；2016年又與多個(gè)單位達(dá)成了應(yīng)用協(xié)議。

天地瑪珂公司SAC系統(tǒng)和太原理工大學(xué)ZDYZ系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)液壓支架電液控制系統(tǒng)向國(guó)際先進(jìn)水平的飛躍。但是近年來(lái)，電液控制技術(shù)的發(fā)展重心已經(jīng)轉(zhuǎn)變，不再是基礎(chǔ)功能而是向著高可靠性、全自動(dòng)化、強(qiáng)智能化方向發(fā)展。波蘭DOH公司推出的DOH-Matic電液控制系統(tǒng)，除能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化移架推餾外，還可檢測(cè)到工作面其它設(shè)備，包括采煤機(jī)、刮板機(jī)、乳化液泵站、組合開(kāi)關(guān)等的工作狀態(tài)[20]，并具有狀態(tài)評(píng)估和一定的故障診斷定位功能，該系統(tǒng)還配有無(wú)線壓力傳感器。EEP公司的PR400系列控制器，將人機(jī)交互界面和控制單元分開(kāi)成為2個(gè)獨(dú)立的模塊，通過(guò)通訊電纜連接；PR500在PR400的基礎(chǔ)上削減了部分功能，保留了傳感器和紅外功能的前提下，將體積縮減到了20 cm×10 cm×10 cm以內(nèi)，僅為傳統(tǒng)產(chǎn)品的1/4.可以肯定，國(guó)產(chǎn)控制器在可靠性和高端功能方面依然有追趕的空間。

2 電液控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段對(duì)電液控制技術(shù)的研究，主要集中在控制方法、控制系統(tǒng)硬件和自動(dòng)化及其它高端功能的研究方面。

2.1 控制技術(shù)

液壓支架電液控制技術(shù)根據(jù)使用位置和控制功能劃分，包括了鄰架先導(dǎo)控制技術(shù)、成組控制技術(shù)、端頭集中控制技術(shù)和順槽計(jì)算機(jī)集中控制技術(shù)4部分。

2.1.1 鄰架先導(dǎo)控制技術(shù)

鄰架先導(dǎo)控制技術(shù)是為了杜絕本架控制帶來(lái)的危險(xiǎn)性，也為了擺脫鄰架手動(dòng)控制液壓管路異常繁瑣的情況而出現(xiàn)的一種控制技術(shù)，是最原始的電液控制技術(shù)。鄰架先導(dǎo)控制技術(shù)就是采用電子技術(shù)，通過(guò)本架的控制器來(lái)控制鄰架的電磁先導(dǎo)閥或伺服電機(jī)閥，來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓主閥動(dòng)作。該技術(shù)是在鄰架手動(dòng)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，技術(shù)上采用電信號(hào)和電磁先導(dǎo)閥代替了手動(dòng)控制的液壓閥[21]。

鄰架先導(dǎo)控制的發(fā)展初期，電液控制系統(tǒng)的物理組成就是多臺(tái)電液控制器和電磁先導(dǎo)閥，每臺(tái)控制器可以看作是一個(gè)單獨(dú)的個(gè)體，控制器之間雖然有電纜連接但是卻沒(méi)有信息交換[22]?？刂破鞒肃徏芸刂仆鉀](méi)有其它功能。這種控制器工作時(shí)不需要傳感器等其它設(shè)備配合，只通過(guò)電纜傳輸電信號(hào)即可，其內(nèi)部控制芯片一般采用PLD或FPGA芯片，而沒(méi)有用到強(qiáng)大的微處理芯片。

鄰架先導(dǎo)控制技術(shù)雖然簡(jiǎn)單，但是極大降低了井下工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了控制精度，還保證了作業(yè)安全性，是電液控制技術(shù)最基本的功能。

2.1.2 成組控制技術(shù)

一個(gè)工作面通常擁有80～150臺(tái)液壓支架，除機(jī)頭和機(jī)尾彎區(qū)段外其余支架的動(dòng)作都是相近的簡(jiǎn)單重復(fù)。為提高控制效率，在電液控制技術(shù)中增加了成組控制技術(shù)[23]。

成組控制技術(shù)是指通過(guò)一臺(tái)控制器控制一組若干臺(tái)控制器進(jìn)行一個(gè)或一系列有規(guī)則的動(dòng)作，它可以控制一組支架按照設(shè)定程序有序動(dòng)作。這種控制技術(shù)要求控制器與控制器之間采用通信電纜相連接，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的傳遞[24]。

成組控制技術(shù)出現(xiàn)的背景是通信技術(shù)的發(fā)展。在這一背景下，通過(guò)通信線路將電液控制器連接在一起成為可能，控制器之間可以進(jìn)行信息交換。簡(jiǎn)單的電纜連接就可以傳輸復(fù)雜的信號(hào)，將各電液控制器連接成為一個(gè)整體，形成一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)成組控制技術(shù)，就可以完成成組動(dòng)作、自動(dòng)小循環(huán)動(dòng)作等功能。這種系統(tǒng)可以采用FPGA作為主控芯片，也可以采用具有簡(jiǎn)單通訊功能的低功耗單片機(jī)，其主頻和運(yùn)算能力不需要十分強(qiáng)大。出于控制方便，一般在控制器上會(huì)裝設(shè)顯示屏并配有相對(duì)復(fù)雜的鍵盤，以完成功能和參數(shù)的設(shè)置，完成所有功能的控制[25]。

成組控制技術(shù)的出現(xiàn)使得支架的平均動(dòng)作時(shí)間大大縮短，允許采煤機(jī)運(yùn)行在更高的速度，極大地提高了生產(chǎn)效率。

2.1.3 端頭集中控制技術(shù)

端頭集中控制技術(shù)是為推動(dòng)工作面少人值守采煤技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，它是一種能夠統(tǒng)籌整個(gè)工作面的控制器工作情況，實(shí)現(xiàn)全工藝流程自動(dòng)化的控制技術(shù)[26]。該功能對(duì)通訊系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性要求更高，對(duì)傳感器技術(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性也有很高要求[27]。

端頭控制器是在成組控制的基礎(chǔ)上，為滿足工作面集控模式的需求而出現(xiàn)的。集中控制需要對(duì)支架工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此在電液控制系統(tǒng)中加入了傳感器，如壓力傳感器、位移傳感器等。為了支持復(fù)雜的控制功能，要求控制器的主控芯片或其外圍功能擴(kuò)展芯片擁有強(qiáng)大的運(yùn)算能力、通訊能力、模數(shù)轉(zhuǎn)換能力和輸入輸出能力，通常采用集成了高速UART，ADC，多個(gè)I/O口的高主頻單片機(jī)。為了滿足通訊需求，控制器通常擁有不止一條通訊信道，根據(jù)需要還會(huì)擁有RS485，CAN，IIC等多種通訊模式[28]。特別是對(duì)于端頭控制器，其程序復(fù)雜程度很高[29]，存儲(chǔ)的參數(shù)眾多，因此通常還會(huì)擁有非易失性的外部存儲(chǔ)器[30]。

端頭控制技術(shù)允許將控制工作全部集中到端頭上來(lái)，并擁有滿足生產(chǎn)工藝要求的自動(dòng)控制功能[31]，在進(jìn)一步提高了控制速度和生產(chǎn)效率的同時(shí)，也為自動(dòng)化控制奠定了基礎(chǔ)。

2.1.4 順槽計(jì)算機(jī)集中控制技術(shù)

計(jì)算機(jī)集中控制技術(shù)是端頭集中控制技術(shù)的發(fā)展，相比端頭集中控制技術(shù)其自動(dòng)化程度和智能程度有了進(jìn)一步提高，可真正實(shí)現(xiàn)綜采工作面的無(wú)人值守自動(dòng)化作業(yè)[32]。

計(jì)算機(jī)集中控制技術(shù)在電液控制系統(tǒng)中增加了防爆計(jì)算機(jī)作為端頭控制器的上位機(jī)[33]。計(jì)算機(jī)設(shè)置地點(diǎn)在順槽的設(shè)備列車，通常與數(shù)塊屏幕、觸控鍵盤、控制臺(tái)組合成為順槽集控中心，通過(guò)串行接口或以太網(wǎng)與端頭連接[34]。得益于防爆計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，電液控制系統(tǒng)中得以接入更多更復(fù)雜的傳感器系統(tǒng)[35]、應(yīng)用更多的先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)的運(yùn)行變得更加高效。傳感器和視頻攝像頭采集到的信息被集中反饋到集控計(jì)算機(jī)上以顯示設(shè)備工況，為系統(tǒng)或工作人員遠(yuǎn)程控制提供依據(jù)[36]。而且，電液控制技術(shù)已經(jīng)不再局限于對(duì)液壓支架的控制，而是發(fā)展為了包涵采煤機(jī)、刮板機(jī)、輸送機(jī)、液壓支架以及工作面上其它設(shè)備的集中控制系統(tǒng)。

計(jì)算機(jī)集中控制技術(shù)最大限度地降低了支架動(dòng)作時(shí)間，提高了綜采工作面生產(chǎn)效率，同時(shí)保證了生產(chǎn)安全。

可以看出，完整的自動(dòng)化液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)由地面監(jiān)控中心、防爆計(jì)算機(jī)、端頭控制器、支架控制器、電磁先導(dǎo)閥、液壓主閥和各類傳感器等環(huán)節(jié)[37]共同協(xié)調(diào)配合工作而組成。其系統(tǒng)簡(jiǎn)要組成如圖1所示。

圖1 電液控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)Fig.1 Composition of the electro-hydraulic control system

2.2 控制系統(tǒng)硬件

在控制系統(tǒng)的各部分之中，支架控制器處于核心位置，它是控制先導(dǎo)閥、液壓支架動(dòng)作的直接作用部分，是一切控制命令的實(shí)際執(zhí)行者。它還承擔(dān)著狀態(tài)信息的采集和上傳，故障信息的分析和檢測(cè)等重要任務(wù)[38]。

一臺(tái)支架控制器的主要硬件由控制/計(jì)算單元、信號(hào)采集單元、人機(jī)交互單元、通訊單元和控制輸出單元組成。

控制/計(jì)算單元的核心是單片機(jī)或FPGA等邏輯芯片，負(fù)責(zé)統(tǒng)籌其它各模塊的工作；信號(hào)采集單元是一系列接口和采樣、轉(zhuǎn)換電路，其作用是采集傳感器或其它外部信息；人機(jī)交互單元包括鍵盤、顯示屏、指示燈等，用于工作人員操作控制器、了解控制器工作狀態(tài)；通訊單元的組成除去通訊線路和通訊模塊外，通常具有隔離耦合元件，以應(yīng)對(duì)井下復(fù)雜的電、磁環(huán)境；控制輸出單元用于將微小的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為較大的電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)電磁先導(dǎo)閥，需要具有較大的電流輸出和帶負(fù)載能力，因此通常采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管或繼電器元件[39]。

隨著液壓支架電液控制技術(shù)的發(fā)展，控制器產(chǎn)品也不斷進(jìn)步。性能強(qiáng)大、資源豐富的單片機(jī)的應(yīng)用使得控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)上能夠更加集約，功能上能夠更加強(qiáng)大；更快速穩(wěn)定的通訊方式改善了信息傳輸?shù)男?，提高了自?dòng)化水平和穩(wěn)定性；顯示屏、觸摸功能組成的完善人機(jī)交互界面增強(qiáng)了易用性。

現(xiàn)代化的高端控制器使用非常強(qiáng)大的單片機(jī)芯片，通常為采用ARM構(gòu)架的產(chǎn)品，這種芯片能夠擁有100 MHz以上的運(yùn)算速度，同時(shí)滿載功耗被控制在0.2 W以下，還擁有電流低于25 μA的低功耗模式。例如Macro公司的最新產(chǎn)品PM32/sg/age型以太網(wǎng)控制器，使用了Atmel公司的SAM4S系列單片機(jī)，主頻120 MHz，具有1 024 KB Flash存儲(chǔ)器，用以存放復(fù)雜的集控程序。其還擁有豐富的片上資源，可以極大簡(jiǎn)化外圍電路，有利于提高可靠性和縮小控制器體積。該型控制器的人機(jī)交互界面使用了可觸摸的液晶屏，具有完備的中文顯示功能；同時(shí)為了防止誤觸，具有最小有效觸摸壓力設(shè)置功能。

該控制器采用以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，通訊速度達(dá)100 Mb/s，使之可作為整個(gè)工作面的數(shù)據(jù)傳輸和控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸、支架控制、視頻傳輸、環(huán)境監(jiān)測(cè)、人員識(shí)別、語(yǔ)音傳輸和智能照明七網(wǎng)合一。其配備有PM32/vc/e型井下全景攝像頭，通過(guò)適當(dāng)配置可實(shí)現(xiàn)全工作面視頻監(jiān)控；配備有采用RFID協(xié)議通訊的PM32/rc/a型遙控器，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸功能，三機(jī)均可遙控。

PM32/sg/age的這些特性基本代表了現(xiàn)有控制器硬件研究的最高水平。

2.3 自動(dòng)化及其它高端功能

全工作面無(wú)人值守自動(dòng)化作業(yè)是未來(lái)采煤技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，液壓支架電液控制技術(shù)則是工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分。同時(shí)，全工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)要求對(duì)電液控制系統(tǒng)還提出了許多外延功能。

2.3.1 工作面校直找平

工作面三直二平是采煤技術(shù)中提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全的基本要求，為此需要在電液控制技術(shù)中增加工作面校直和頂板找平功能。

工作面校直功能是利用位移傳感器、紅外/超聲波測(cè)距裝置、應(yīng)力傳感器、激光傳感器等采集信息，獲知液壓支架之間，支架、刮板輸送機(jī)、煤壁之間的相對(duì)位置，繼而計(jì)算出推餾或移架的動(dòng)作量，從而實(shí)現(xiàn)三者的校直[40]。工作面頂板找平功能依賴于傾角傳感器，原理與校直類似，可以實(shí)現(xiàn)底板、支架底座、支架頂梁、頂板四者的平行。但是，受到傳感器安裝條件和精度的影響，這2種功能的使用效果都還不夠完善。

2.3.2 采煤機(jī)位置識(shí)別

采煤機(jī)運(yùn)行位置識(shí)別是跟機(jī)自動(dòng)化的基本要求[41]。對(duì)于采煤機(jī)位置識(shí)別技術(shù)的研究，普遍使用了紅外原理，在采煤機(jī)上裝設(shè)紅外發(fā)射器，利用電液控制器進(jìn)行接收，從而判別采煤機(jī)所處相對(duì)位置以及覆蓋液壓支架的范圍大小[42]。這一原理和功能應(yīng)用效果較好，發(fā)展比較成熟[43]。

但是，紅外線的發(fā)射和接收有時(shí)會(huì)受人員、線纜、煤塵、污垢遮擋的影響。因此也有采用其它無(wú)線方式或在采煤機(jī)上設(shè)置編碼器進(jìn)行位置識(shí)別的技術(shù)方案[44]。

2.3.3 礦壓監(jiān)測(cè)和頂板災(zāi)害預(yù)警

對(duì)頂板壓力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、支架工作阻力等礦山壓力特征進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)和分析，有利于配合采煤工藝達(dá)到提高開(kāi)采安全性和增產(chǎn)增效的目的。得益于遍布整個(gè)工作面的液壓支架立柱壓力傳感器，電液控制系統(tǒng)獲取的壓力信息具有很高的參考價(jià)值，因此有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)出了礦壓監(jiān)測(cè)和頂板災(zāi)害預(yù)警功能。

具有該功能的控制系統(tǒng)能夠保存并分析支架壓力的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)頂板來(lái)壓情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，并結(jié)合支架當(dāng)前撐力和姿態(tài)，對(duì)礦壓變化時(shí)可能出現(xiàn)的支架失穩(wěn)導(dǎo)致的頂板災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警。不過(guò)，目前還很難做到針對(duì)不同煤礦、工作面特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性分析，應(yīng)用范圍還很有限。

2.3.4 瓦斯突出預(yù)警

瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)重大安全事故，一旦發(fā)生經(jīng)常造成重大傷亡。而利用電液控制系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)割煤時(shí)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)瓦斯突出預(yù)警。

電液控制系統(tǒng)可以方便地監(jiān)測(cè)整個(gè)工作面的參數(shù)，通過(guò)在系統(tǒng)中增加相關(guān)傳感器，來(lái)監(jiān)測(cè)與瓦斯突出有關(guān)的瓦斯涌出量、煤層溫度、特定頻率震動(dòng)、氦氣/氡氣濃度、電磁輻射強(qiáng)度等指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)變化和瓦斯突出預(yù)警理論，可以形成瓦斯突出預(yù)警能力，來(lái)提前防止災(zāi)害帶來(lái)的巨大損失和人員傷亡。

但是，瓦斯突出是一種異常復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，由于煤巖物理、力學(xué)性質(zhì)的非線性、巖體破壞形式的多樣性和瓦斯賦存與運(yùn)移過(guò)程中的復(fù)雜性，預(yù)警理論還不夠成熟，難以做到普遍的適用性。

2.3.5 故障診斷和壽命周期管理

通過(guò)檢測(cè)液壓支架和液壓管路的壓力、流量、震動(dòng)情況、應(yīng)力、形變量等參數(shù)[45]，可以對(duì)液壓支架的故障進(jìn)行提前判斷和預(yù)防，并對(duì)達(dá)到壽命的液壓支架和相關(guān)元件提前進(jìn)行替換。在電液控制系統(tǒng)中引入液壓支架的故障診斷和壽命周期管理能有效提高生產(chǎn)效率和保障生產(chǎn)安全[46]。

現(xiàn)有的電液控制系統(tǒng)普遍擁有自身錯(cuò)誤的顯示功能，但是在針對(duì)支架的故障診斷和壽命周期管理功能上十分薄弱。這是因?yàn)槟壳叭狈?duì)液壓支架工況參數(shù)進(jìn)行全面狀態(tài)檢測(cè)的手段，以及處理檢測(cè)大數(shù)據(jù)的能力。

本文通過(guò)對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)產(chǎn)品的研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)電液控制技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)及相應(yīng)高端功能的研究已經(jīng)起步，但是由于不同煤礦生產(chǎn)條件差別巨大、配套技術(shù)還不完善等問(wèn)題，難以形成廣泛的適應(yīng)性，因此還沒(méi)有得到大范圍推廣。

3 電液控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，煤礦生產(chǎn)模式已經(jīng)由粗放型開(kāi)采模式向大規(guī)模自動(dòng)化集約型生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變，而在年產(chǎn)千萬(wàn)t級(jí)的大型煤礦建設(shè)中，為實(shí)現(xiàn)全工作面自動(dòng)化控制，液壓支架電液控制技術(shù)被提出了更高的技術(shù)要求，要求其必須向著高度智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，以滿足高產(chǎn)高效、同時(shí)保證安全可靠的需求[47]。這些技術(shù)要求包括：在通訊系統(tǒng)和傳感器技術(shù)上更好的與工作面其它設(shè)備配合、形成良好的互相感知，更加精確的液壓支架位置和姿態(tài)控制，更快的控制速度，更有針對(duì)性的控制策略等。

本文研究認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)上述發(fā)展目標(biāo)，電液控制技術(shù)就必須吸收新技術(shù)來(lái)不斷完善。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的涌現(xiàn)，根據(jù)煤礦無(wú)人值守自動(dòng)化采煤的具體要求，未來(lái)的綜采自動(dòng)化工作面的電液控制技術(shù)將會(huì)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)融為一體，從而引領(lǐng)電液控制技術(shù)在綜采自動(dòng)化和智能化領(lǐng)域的發(fā)展潮流。

3.1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)起源于20世紀(jì)90年代，發(fā)展到如今，其最重要的應(yīng)用——互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)無(wú)處不在，成為人們工作和生活不可或缺的部分。互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用涉及各個(gè)領(lǐng)域，并逐漸向著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，引領(lǐng)著信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潮流。

液壓支架電液控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)高度信息化，同樣需要引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它能大大擴(kuò)展電液控制系統(tǒng)的功能[48]。在電液控制技術(shù)領(lǐng)域，以工業(yè)以太網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡(luò)形式，具有豐富而完備的硬件標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，傳輸速率和可靠性也是其它現(xiàn)場(chǎng)總線無(wú)法比擬的。在現(xiàn)階段的研究中，以電液控制系統(tǒng)通訊模塊為融合切入點(diǎn)，通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使控制器組成局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了最大程度上的信息傳輸和交換，從而推動(dòng)了全工作面視頻監(jiān)控和集中控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，在液壓支架電液控制技術(shù)自動(dòng)化程度發(fā)展還不夠高的背景下，取得了工作面無(wú)人值守和生產(chǎn)安全的平衡，帶來(lái)了無(wú)人值守采煤技術(shù)的進(jìn)步。

但現(xiàn)階段液壓支架電液控制技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入還僅僅停留在信息傳輸層面，沒(méi)有完全發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用還應(yīng)包括計(jì)算資源、儲(chǔ)存資源、信息資源的全面共享，和系統(tǒng)中各設(shè)備的協(xié)同工作以及任務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)度。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，才能充分調(diào)動(dòng)每一臺(tái)支架控制器的運(yùn)算能力和充分利用全部的傳感器信息，增強(qiáng)每一臺(tái)控制器在控制過(guò)程中的決策能力，減輕端頭主控制器和上位機(jī)的工作負(fù)擔(dān)，改變盲目死板的數(shù)據(jù)上報(bào)模式，將整個(gè)工作面上的設(shè)備統(tǒng)籌為一個(gè)有機(jī)的整體，從而在有限的計(jì)算能力下實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的自動(dòng)化和智能化控制功能?，F(xiàn)階段，不斷加深網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在電液控制技術(shù)中的應(yīng)用，能夠讓系統(tǒng)的集中控制功能越來(lái)越完備，并向全面自動(dòng)化穩(wěn)步推進(jìn)。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其意義在于多種網(wǎng)絡(luò)的相互滲透，在于與傳感技術(shù)和智能處理技術(shù)的高度融合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)、信息的無(wú)線傳輸和數(shù)據(jù)的智能處理[49]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電液控制技術(shù)的融合點(diǎn)是，用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造電液控制技術(shù)的傳感器系統(tǒng)，增強(qiáng)其功能，改變其信息傳輸模式，簡(jiǎn)化其數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，豐富其數(shù)據(jù)采集量。在液壓支架電液控制技術(shù)中滲透入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以使涉及多設(shè)備、多變量的復(fù)雜狀態(tài)檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集工作變得更加簡(jiǎn)易；利用其傳感器信息無(wú)線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，還可以進(jìn)一步將收集到的巨量數(shù)據(jù)簡(jiǎn)易地匯總起來(lái)，繼而完成智能處理，最終使工作面設(shè)備獲得協(xié)同工作的能力，使全工作面自動(dòng)化生產(chǎn)有了進(jìn)一步技術(shù)保障。同時(shí)，只有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?yàn)橹Ъ茈娨嚎刂铺峁┳銐虻淖詣?dòng)化控制和智能控制數(shù)據(jù)依據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種能在滿足生產(chǎn)功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)工作面上電液控制系統(tǒng)、液壓支架、采煤機(jī)、刮板機(jī)、皮帶機(jī)和供電等各設(shè)備互相感知和信息交換的技術(shù)，是利用有限的資源整合工作面設(shè)備各自網(wǎng)絡(luò)、解決全工作面設(shè)備集中狀態(tài)檢測(cè)問(wèn)題的有效途徑，最終不僅能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守工作面自動(dòng)化采煤，還能保證重大裝備的高效、安全、可靠運(yùn)行。

3.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是針對(duì)具有海量、高增長(zhǎng)、快速變化、極多樣數(shù)據(jù)類型等特點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、加工的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。這一技術(shù)能夠處理常規(guī)技術(shù)難以管理和分析的低價(jià)值、高密度數(shù)據(jù)，從中提取和總結(jié)出有效目標(biāo)信息，形成管理、控制和決策。由于處理過(guò)程中收集到的全部信息都被取樣和分析，因此該技術(shù)的決策結(jié)果不依賴于信息收集算法，具有更高的可靠性。

液壓設(shè)備負(fù)荷重，工況差，容易出現(xiàn)故障，且維修難度大。液壓支架和乳化液管路故障都很容易導(dǎo)致整個(gè)工作面生產(chǎn)受阻。如果能夠?qū)σ簤涸O(shè)備的故障進(jìn)行提前判斷和預(yù)防，就能有效提高生產(chǎn)效率。要實(shí)現(xiàn)上述功能，首先需要針對(duì)設(shè)備工況采集大量信息，現(xiàn)有傳感器技術(shù)還做不到這一點(diǎn)，需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合來(lái)解決。同時(shí)，目前還缺乏從這樣收集來(lái)的海量信息中提取和分析有效信息的手段。

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以解決數(shù)據(jù)處理這一難題。在液壓支架電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，就是采用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析液壓設(shè)備工況信息，從而提高電液控制系統(tǒng)中壽命管理功能模塊的性能。這就需要在電液控制技術(shù)中，將大數(shù)據(jù)技術(shù)同物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合起來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了裝備運(yùn)行狀態(tài)信息的檢測(cè)和無(wú)線傳輸、收集，所形成的巨量數(shù)據(jù)內(nèi)容，就需要采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析、處理和融合，以更好地為系統(tǒng)中的設(shè)備服務(wù)。

將結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于電液控制技術(shù)當(dāng)中，能夠讓電液控制系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)液壓支架故障預(yù)測(cè)和全周期壽命管理功能，這些功能可以提高液壓設(shè)備維護(hù)、檢修的效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，進(jìn)而提高煤礦生產(chǎn)效率，在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還有助于保證井下工人安全。

3.4 智能控制技術(shù)

煤礦環(huán)境復(fù)雜多變，且電液控制系統(tǒng)中控制對(duì)象眾多，傳統(tǒng)控制技術(shù)不但不能滿足不同礦井條件和采煤工藝的特定控制需求，也難以滿足采煤工藝中常見(jiàn)的工作面校直、頂板找平等功能的靈活需求。為使煤礦生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高，在全工作面自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，對(duì)智能控制技術(shù)提出了需求。

智能技術(shù)包括模糊邏輯控制[50]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)、遺傳算法等。以智能控制為核心的智能控制系統(tǒng)具備一定的智能行為，如：自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織。智能控制技術(shù)應(yīng)用于不確定、非線性、參數(shù)相互耦合的控制對(duì)象時(shí)，能產(chǎn)生理想的控制效果。液壓支架正是具有這些屬性的設(shè)備[51]。因此，智能控制技術(shù)對(duì)電液控制系統(tǒng)有很強(qiáng)的針對(duì)性。

智能控制技術(shù)與電液控制技術(shù)的融合就是利用智能控制技術(shù)改進(jìn)電液控制系統(tǒng)的控制策略，具體體現(xiàn)在控制過(guò)程中的多個(gè)方面。模糊控制可以緩解控制過(guò)程中對(duì)液壓支架及其它控制對(duì)象的控制策略建模難的問(wèn)題[52]；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)則可以為控制過(guò)程中的不確定性提供更高的容錯(cuò)度，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)變化因素的適應(yīng)能力；專家控制則能提高控制精度，增強(qiáng)故障診斷能力。采用這些智能控制策略，能讓電液控制系統(tǒng)的工作面校直找平、自動(dòng)追機(jī)拉架等功能獲得突破，也能在支架處于不同姿態(tài)時(shí)依然保證各動(dòng)作的控制精度，是大大提高電液控制技術(shù)自動(dòng)化程度的契機(jī)。

筆者認(rèn)為，應(yīng)把上述4大技術(shù)作為電液控制技術(shù)的融合方向：在數(shù)據(jù)傳輸層面運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息資源、計(jì)算資源的全面共享；在信息感知層面運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，完成狀態(tài)量的全面監(jiān)測(cè)和高效無(wú)線傳輸；在數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用層面運(yùn)用大數(shù)據(jù)和智能控制技術(shù)，保證信息的高效處理和動(dòng)作的精準(zhǔn)控制，并形成完備的故障診斷和壽命周期管理功能。這些技術(shù)的融合是緊密交織在一起的，互相依賴和促進(jìn)，最終成為一個(gè)整體，共同為無(wú)人值守工作面自動(dòng)化生產(chǎn)服務(wù)。這種融合對(duì)于發(fā)展集中控制、自動(dòng)制導(dǎo)、故障自診斷和全壽命周期管理等技術(shù)都有著巨大的促進(jìn)作用，能夠切實(shí)提高電液控制系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)水平。

4 結(jié)論

液壓支架電液控制技術(shù)是自動(dòng)化綜采工作面的重要象征，對(duì)提高生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全有著至關(guān)重要的作用，是無(wú)人值守自動(dòng)化采煤技術(shù)的核心技術(shù)。液壓支架電液控制系統(tǒng)起源于英國(guó)，并迅速在全球發(fā)展并走向成熟。該技術(shù)在我國(guó)起步較晚，但21世紀(jì)初出現(xiàn)的SAC型和ZDYZ型系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到、部分超過(guò)了世界先進(jìn)水平。但在高端功能和可靠性、智能化方面，德國(guó)依然是液壓支架電液控制技術(shù)發(fā)展的中心，國(guó)內(nèi)研究則依然存在較大追趕空間。

液壓支架電液控制技術(shù)當(dāng)前的主要研究?jī)?nèi)容是基于順槽計(jì)算機(jī)的集中控制技術(shù)和無(wú)人值守綜采工作面液壓支架自動(dòng)化控制技術(shù)。針對(duì)集中控制技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的研究，研發(fā)了成熟的基于計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)和傳感器的集中控制電液控制系統(tǒng)，并配合井下攝像頭實(shí)現(xiàn)可視化、信息化的無(wú)人值守采煤技術(shù)，但是這種技術(shù)還不能實(shí)現(xiàn)工作面所有設(shè)備的完美整合。自動(dòng)化控制技術(shù)的研究還較為落后，不能實(shí)現(xiàn)具有較大適用范圍的無(wú)人值守自動(dòng)化功能。

無(wú)人值守工作面自動(dòng)化采煤技術(shù)是未來(lái)的發(fā)展方向，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，液壓支架電液控制技術(shù)被提出了更高的技術(shù)要求，包括在通訊系統(tǒng)和傳感器技術(shù)上更好的與工作面其它設(shè)備形成良好的互相感知，更加精確的液壓支架位置和姿態(tài)控制，更快的控制速度，更有針對(duì)性的控制策略等。本文研究認(rèn)為，要完成這些要求，未來(lái)的綜采自動(dòng)化工作面的電液控制技術(shù)就需要與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和智能控制技術(shù)融為一體。隨著這些技術(shù)的融合和不斷完善，液壓支架電液控制技術(shù)才能在未來(lái)完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和集中控制，實(shí)現(xiàn)全周期壽命管理和故障診斷與排除，實(shí)現(xiàn)智能控制和控制策略的自適應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的智能化、實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守工作面自動(dòng)化生產(chǎn)。

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