基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究

王 洋

（陽煤集團二礦調度室機掘二隊， 山西 陽泉 045000）

引言

煤炭作為國民經濟發(fā)展的基礎性能源資源，被廣泛應用于國民經濟的各個行業(yè)，并將在未來很長的一段時間內繼續(xù)維持著核心能源資源的地位。為了滿足國民經濟發(fā)展對煤炭資源的巨大需求，各煤炭生產企業(yè)不斷投入新型的煤炭綜采和支護設備，用于滿足煤礦井下高效的生產要求。礦用液壓支架作為煤炭工作面的支護設備，分布于整個綜采工作面上，對整個煤炭的綜采過程實施有效的防護，并能與采煤機及刮板輸送機進行聯(lián)動控制[1]。但目前多數(shù)井下液壓支架控制精度差、動作滯后、聯(lián)動性能差，極大地影響了煤礦井下的綜采作業(yè)效率，因此如何優(yōu)化井下液壓支架的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)井下綜采面的自動化生產，對煤炭生產企業(yè)具有十分重大的意義。

1 液壓支架電液控制系統(tǒng)的單體結構設計

在煤礦井下綜采工作面中分布著由多個單體液壓支架組成的綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)，在該控制系統(tǒng)中各單體液壓支架控制系統(tǒng)完全一致，單個液壓支架電液控制系統(tǒng)的整體結構如圖1所示。由圖1可知，支架單體的電液控制系統(tǒng)主要包括控制模塊、顯示模塊、信息采集模塊及電源模塊等，其中控制模塊主要用于發(fā)生控制指令，信息采集模塊主要用于對液壓支架的運行狀態(tài)信息進行收集，以上兩個模塊為電源控制系統(tǒng)的核心單元。在信息模塊中，將壓力傳感器設置在液壓支架立柱的測壓孔處，用于收集立柱上液壓油缸內的工作壓力，在液壓支架推移油缸的內部的上端設置位移傳感器，用于測量液壓支架上推移油缸的位移情況。信息采集模塊將采集到的液壓支架的運行狀態(tài)信號傳遞給控制模塊，同時系統(tǒng)利用設置在采煤機制定位置上的紅外發(fā)射器設備及設置在液壓支架控制設備下的紅外接收裝置來對采煤機和液壓支架的相對位置進行判斷，從而實現(xiàn)跟機的自動化控制[2]。

圖1 電液控制系統(tǒng)的單體結構示意圖

綜采面的電液控制系統(tǒng)主要由12組功能控制閥組成，在電磁先導閥的控制下，實現(xiàn)對各液壓支架單體液壓缸動作的控制，實現(xiàn)統(tǒng)一的控制與動作。該控制系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)信息采集模塊收集到的數(shù)字信號作為對液壓缸動作的控制基礎信息，實現(xiàn)對液壓支架動作的精確控制。為確保該控制系統(tǒng)運動狀態(tài)的穩(wěn)定性和連續(xù)性，其電源模塊采用了每組5個控制器的雙路直流電源供電系統(tǒng)，電液控制系統(tǒng)的液壓原理如下頁圖2所示。在該控制系統(tǒng)中，液壓支架液壓缸的活塞桿端部的載荷在不同工況下是不穩(wěn)定的，液壓缸工作時的最大載荷不能超過35 MPa。

2 液壓支架電液控制系統(tǒng)硬件結構設計

液壓支架電液控制系統(tǒng)的硬件結構如下頁圖3所示，液壓支架的電液控制系統(tǒng)在單體支架控制系統(tǒng)的基礎上新增了電磁驅動裝置，每臺液壓支架的控制系統(tǒng)由控制模塊、顯示模塊、信息采集模塊及電源模塊及電磁驅動模塊組成[3]。

液壓支架電液控制系統(tǒng)的控制核心是可編程控制器單元，不同液壓支架單體之間的數(shù)據(jù)傳輸與交換是采用CAN總線結構來實現(xiàn)的。當控制器將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)缴衔粰C后，上位機根據(jù)程序命令及電流信號實現(xiàn)對電磁先導閥的開口狀態(tài)來控制主閥的開關，從而實現(xiàn)對液壓支架控制油缸的控制，從而達到對支架單體、組成控制及各支架單體單元的聯(lián)動控制。在對液壓支架群組實現(xiàn)控制的過程中，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)采集模塊機CAN總線系統(tǒng)實現(xiàn)對整個控制過程的閉環(huán)的控制。根據(jù)實際生產時的工作經驗，該液壓控制系統(tǒng)在工作的過程中，液壓支架的動作時間、動作快慢及動作量的大小均與采煤機的工作狀態(tài)有關，也就是采煤機的工作位置決定著液壓支架的工作狀態(tài)。同理采煤機在運動時的牽引速度也直接決定著液壓支架前進時的推進速度，而液壓支架的支護方式也決定了液壓支架在移動時的速度。為了滿足對液壓支架快速支護、快速移動、快速收撤的要求，該支護方式具有頂板暴露時間短、梁端距小、操作工序少、運行速度快的優(yōu)點。

圖2 電液控制系統(tǒng)的液壓原理圖

圖3 電液控制系統(tǒng)硬件結構示意圖

3 液壓支架順序聯(lián)動軟件系統(tǒng)設計

液壓支架的單個支架的順序聯(lián)動需要在控制系統(tǒng)的作用下自動進行，根據(jù)實際生產需求，要求聯(lián)動在10 s內完成連續(xù)動作。液壓支架的單架順序聯(lián)動主要取決于能否在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的動作[4]。在該控制方案中分別選擇需要被控制的支架后，支架自動進入自控模式。當按下啟動控制系統(tǒng)的下降移動聯(lián)合動作控制按鈕時，系統(tǒng)開始計，控制器開始執(zhí)行控制動作，同時給各需要動作的液壓支架一個預動作信號，延時2 s后關閉提醒。此時降柱電磁閥打開，液壓支架的液壓缸開始下降，此時，設置在液壓支架上的傳感器開始對液壓支架的位移情況和傳感器設備開始采集信號，液壓支架的活塞桿開始下降。當液壓支架下降到達指定位置時，位于降柱上的電磁閥閉合，此時系統(tǒng)控制打開控制液壓支架移架的電磁閥，當液壓支架的位移量達到系統(tǒng)設定值時，移架電磁換向閥閉合，此時控制液壓支架上升的電磁換向閥打開，控制液壓支架緩慢上升，直到達到系統(tǒng)的設定值，從而完成整個降移升循環(huán)控制過程。液壓支架順序聯(lián)動控制流程如圖4所示。

圖4 液壓支架順序聯(lián)動控制流程

4 結語

基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)的應用能夠大幅提高液壓支架聯(lián)合運動控制的精確性和自動化程度，降低液壓支架狀態(tài)轉換時間，極大地提高了液壓支架組的工作效率和工作可靠性，為確保井下綜采區(qū)的安全生產提供了保障。