基于PowerBuilder的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究

李志全

（柳林縣煤炭工業(yè)局， 山西 柳林 033300）

引言

目前，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)所使用的液壓支護(hù)設(shè)備工作狀態(tài)的調(diào)整均需要井下工作人員根據(jù)綜采作業(yè)的實(shí)際狀況進(jìn)行人工調(diào)節(jié)和控制，綜采面高塵、高噪聲的工作環(huán)境給人工控制帶來了極大的挑戰(zhàn)，造成液壓支架調(diào)整時(shí)進(jìn)度滯后、站位錯(cuò)誤等，給井下的生產(chǎn)安全造成了極大的隱患[1]，同時(shí)也嚴(yán)重影響了井下綜采作業(yè)的效率，因此迫切需要開發(fā)一種新的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)井下綜采作業(yè)情況自動(dòng)對液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，初步實(shí)現(xiàn)液壓支架工作的自動(dòng)化。

1 液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤礦井下綜采工作面的綜采要求和液壓支架的自動(dòng)調(diào)整的控制要求，基于PowerBuilder[2]的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該控制系統(tǒng)中由實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)及液壓支架工作狀態(tài)的不間斷監(jiān)測，以該監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為對液壓支架工作情況進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，監(jiān)測子系統(tǒng)的監(jiān)測信息主要包括液壓支架支撐油缸的工作壓力、采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)的位置、液壓支架的閉鎖和急停的工作狀態(tài)及液壓支架的油缸行程等。該自動(dòng)控制系統(tǒng)中當(dāng)啟動(dòng)遠(yuǎn)程的點(diǎn)動(dòng)控制時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將控制指令發(fā)送到液壓支架上設(shè)置的就地控制臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)命令執(zhí)行，當(dāng)在自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)根據(jù)液壓支架相對采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的位置確定目前所處的工藝段位，根據(jù)所處的位置按邏輯控制程序自動(dòng)完成對液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，確保井下綜采面的支護(hù)安全。

圖1 液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

2 液壓支架電液控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

液壓支架的電液控制系統(tǒng)作為該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行單元，對確保液壓支架工作狀態(tài)調(diào)整的穩(wěn)定性具有重大意義。該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可通過電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對液壓支架的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、就地控制和遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 液壓支架電液控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

由圖2可知，在支架的電液控制系統(tǒng)中，集中控制器設(shè)置于綜采工作面的設(shè)備布置區(qū)域，該集控器主要用于連接遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)，就地控制系統(tǒng)直接安裝在液壓支架的操作平臺(tái)上，井下遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)接模塊設(shè)置于綜采面進(jìn)風(fēng)口處的巷道內(nèi)或者是電纜線槽的控制中心。當(dāng)井下工作人員需要現(xiàn)場對液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)直接利用就地控制系統(tǒng)即可完成，當(dāng)需要對液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制時(shí)，可通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)和集控中心進(jìn)行，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制時(shí)主要依托于該電液控制系統(tǒng)的第三級控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)采集到的各種監(jiān)測信息判斷液壓支架需要調(diào)整的工作狀態(tài)，控制液控系統(tǒng)的先導(dǎo)閥和電磁閥進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，帶動(dòng)液壓支架各液壓油缸等實(shí)現(xiàn)升降、推移、移架、噴霧等調(diào)整動(dòng)作。

3 液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)工作流程

作為該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的“感官”，液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)主要用于向集控器傳輸監(jiān)測指令，集控器在獲取特定的指令后命令各監(jiān)測單元獲取指導(dǎo)的數(shù)據(jù)信息，為了確保對液壓支架工作狀態(tài)調(diào)整的準(zhǔn)確性，監(jiān)測控制系統(tǒng)會(huì)定時(shí)發(fā)出各種設(shè)定的控制質(zhì)量，各監(jiān)控單元所返回的監(jiān)測數(shù)據(jù)是包括系統(tǒng)中所有液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和電控系統(tǒng)的各參數(shù)。系統(tǒng)在接收到監(jiān)測數(shù)據(jù)后，會(huì)對返回?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，若判斷返回的數(shù)據(jù)不是控制單元發(fā)生的對應(yīng)的監(jiān)測結(jié)果則系統(tǒng)會(huì)再一次發(fā)生控制指令，直到返回的數(shù)據(jù)參數(shù)符合系統(tǒng)要求。然后對返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)選處理并執(zhí)行CRC核驗(yàn)[3]，若數(shù)據(jù)未通過核驗(yàn)，系統(tǒng)將舍棄改組數(shù)據(jù)，同時(shí)要求集控器再一次返回特點(diǎn)的監(jiān)測信息，直到信息核驗(yàn)通過，當(dāng)通過后將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的數(shù)據(jù)控制中心進(jìn)行處理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，得出液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)情況和需要進(jìn)行調(diào)整的數(shù)據(jù)，該液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3 液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

4 液壓支架遠(yuǎn)程控制控制通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦井下綜采面工作環(huán)境和地質(zhì)情況比較復(fù)雜，巷道隨煤層分布不斷起伏，在開采過程中液壓支架需要不斷根據(jù)實(shí)際情況對支架的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，若在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式下無法調(diào)整到位則會(huì)影響綜采工作面的有序生產(chǎn)，因此需要設(shè)置一種能根據(jù)現(xiàn)場視頻圖像使工作人員在地面工作中心即可完成對液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行微調(diào)的模式，即遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制模式，該模式能夠代替現(xiàn)場處理人員執(zhí)行井下的高危作業(yè)，提高工作效率。

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)為液壓支架電液控制系統(tǒng)的三級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為了確保對數(shù)據(jù)信息采集和信息傳遞的精確性采用現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，在該點(diǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)中，綜合考慮后選擇了主從方式的數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)，將遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)置為主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場的集中控制系統(tǒng)設(shè)置為從站網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)主站網(wǎng)絡(luò)發(fā)出控制指令后從站網(wǎng)絡(luò)先接收系統(tǒng)的控制信號(hào)并執(zhí)行主站控制信息指令，從站控制系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)直接的通訊時(shí)選擇集控器為主機(jī)，各就地控制器為從機(jī)，個(gè)就地控制器接受到主站發(fā)送的控制指令后首先判斷該指令是否是針對本機(jī)，然后決定是否執(zhí)行[4]，利用該三級控制結(jié)構(gòu)中的兩組“主從”控制方式，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的分層控制與傳遞，確保了信息傳遞的準(zhǔn)確性，其數(shù)據(jù)通訊原理如圖4所示。

圖4 液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊原理

5 結(jié)論

基于PowerBuilder的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所采用的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制、就地控制三種控制模式靈活性強(qiáng)，可靠性高，大幅提高了井下工作面液壓支架的自動(dòng)化程度和狀態(tài)調(diào)整的精確性。