基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究

張少鵬

摘 要：煤炭開采離不開各種機械設備的支持，液壓支架就是至關重要的設備，它安裝在整個綜采工作面上，與采煤機和刮板輸送機配合，進行煤炭資源的開采。液壓支架可以實現(xiàn)支撐、切割、自動移動等動作，防止頂板脫落，為綜合采礦作業(yè)提供工作空間，降低了工作難度，確保人員以及設備的安全。液壓支架的動作由電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)，其自動化程度和可靠性對整個綜采工作面的生產(chǎn)效率有很大影響。PLC技術(shù)作為一種先進的技術(shù)，將其應用到液壓支架電液控制系統(tǒng)中，可大幅度提升其自動化程度以及可靠性。就此，本文研究基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)設計。

關鍵詞：PLC技術(shù) 液壓支架 電液控制系統(tǒng) 系統(tǒng)研究

中圖分類號：TD355.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0082-02

1 PLC的介紹

PLC（Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，PLC是一種電子系統(tǒng)，可以用于數(shù)字操作，其利用可編程存儲器，可以在其內(nèi)部執(zhí)行多種控制，如順序控制、邏輯運算定時、計數(shù)等，有著極強的自動化程度。在利用PLC技術(shù)時，使用人員只需要發(fā)布相關指令，各種機器的生產(chǎn)運行就會有數(shù)字或模擬式進行輸入、輸出的控制。PLC的研發(fā)及應用主要是為了工業(yè)化生產(chǎn)，工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境復雜、多變，為了提升工業(yè)生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)安全，必須加強工業(yè)生產(chǎn)的自動化水平。當前，隨著PLC技術(shù)的研究與應用，可以實現(xiàn)位置控制、溫度控制等。其工作過程可分為四個階段：（1）內(nèi)部處理階段：主要執(zhí)行可編程控制器的檢查，檢查內(nèi)容包括內(nèi)部硬件的功能和正常操作。同時，可以重置監(jiān)視計時器。（2）通信服務階段：控制器需要與其他智能設備通信，以響應程序員輸入的命令并更新其顯示內(nèi)容。（3）輸入/輸出處理階段：控制器將所有外部輸入電路的開關狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。（4）程序執(zhí)行階段：輸入映像寄存器的狀態(tài)通常不隨外部輸入信號的變化而變化。因此，當輸入信號改變時，只能在下一掃描周期的輸入處理階段讀取新的狀態(tài)。

煤炭資源的開采已越來越依賴自動化技術(shù)，在煤炭資源的開采中，液壓支架對于綜采工作來說有著重要的作用，可以確保煤炭資源的有效開采，為了進一步提升液壓支架電液控制系統(tǒng)的自動化水平，就要將其與PLC技術(shù)進行有效結(jié)合，充分利用PLC技術(shù)的優(yōu)勢，以實現(xiàn)自身自動化水平的進一步提升，進一步提升煤炭資源的開采效率，確保開采安全。同時，也要在運行過程中不斷優(yōu)化、完善，不斷更新、升級，更好地應對越來越復雜的煤炭開采環(huán)境，滿足煤炭開采需求。

2 基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)設計

2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)的單體結(jié)構(gòu)設計

在采煤地下綜采工作面中，有一個綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)，其是由多個單體液壓支架組成的系統(tǒng)，每個單獨的系統(tǒng)在該系統(tǒng)中是完全一致的，單個液壓支架電液控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，電液控制系統(tǒng)的單體結(jié)構(gòu)由諸多模塊構(gòu)成，如控制塊、信息獲取模塊等。其中控制模塊和信息獲取模塊是系統(tǒng)的核心單元。前者主要負責發(fā)出控制命令，后者主要負責收集液壓支架的運行狀態(tài)信息。在信息模塊中，壓力傳感器被設置于液壓支撐柱的壓力測量孔上，負責收集支撐柱上液壓油缸內(nèi)的工作壓力，在推移油缸上端設置位移傳感器，負責測量位移情況?？刂颇K接收到來自信息獲取模塊收集到的液壓支架運行狀態(tài)信號。系統(tǒng)利用設置在采煤機制定位置上的紅外發(fā)射裝置和設置在液壓支架裝置下的紅外接收裝置來判斷采煤機和液壓支架的相對位置，從而實現(xiàn)機器的自動控制。

綜采工作面電液控制系統(tǒng)是由控制閥組成的，控制閥一共有12組。在電磁先導閥的控制下，可以控制每個液壓支架液壓缸，不僅統(tǒng)一了控制，也統(tǒng)一了動作。為了實現(xiàn)對液壓支架動作的精準控制，控制可以利用數(shù)據(jù)信息獲取模塊采集到的數(shù)字信號，將數(shù)字信號作為控制液壓缸運行的基本信息。電源模塊需要采用每組5個控制器的雙路直流電源供電系統(tǒng)，這樣不僅能保證控制系統(tǒng)運動狀態(tài)的穩(wěn)定性，還保證了控制系統(tǒng)運動狀態(tài)的連續(xù)性。在在該控制系統(tǒng)中，液壓支架液壓缸的活塞桿端部的負載在不同工況下是有很大區(qū)別的，液壓缸工作時的最大負載是35MPa，必須要控制好這個負載，將其控制在這一范圍內(nèi)。

2.2 液壓支架電液控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計

硬件結(jié)構(gòu)以PLC為核心，有位移傳感器、壓力傳感器、紅外接收器、接口RS485、CAN接口、驅(qū)動隔離、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、聲光報警裝置等等，結(jié)構(gòu)復雜，該結(jié)構(gòu)通過CAN總線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)不同液壓支架單體之間數(shù)據(jù)的傳輸以及交換。當上位機接收到來自控制器數(shù)據(jù)獲取模塊采集到的數(shù)據(jù)信息后，上位機根據(jù)程序指令和電流信號實現(xiàn)電磁先導閥的開口狀態(tài)控制主閥的開關，從而實現(xiàn)液壓支架控制油缸的控制，實現(xiàn)了支架單體，組成控制和每個支架單體單元的聯(lián)動控制。在液壓支架組的控制過程中，系統(tǒng)為了實現(xiàn)整個控制過程的閉環(huán)控制。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗來看，在液壓控制系統(tǒng)進行工作時，采煤機的工作運行狀態(tài)會影響液壓支架的工作時間、運動速度以及運動量，采煤機液壓支架的工作狀態(tài)受到了工作位置的嚴重影響，有著決定性的作用。并且，在采煤機運動時，液壓支架前進的推進速度也受到了來自采煤機牽引速度的影響，決定了前進速度的快慢。液壓支架移動時的速度也受到了來自液壓支架支撐模式的決定性影響。為了滿足液壓支架快速支撐、快速移動、快速拆卸的要求，該支撐方法有著諸多優(yōu)勢，如頂板暴露的時間短，梁端的距離小，操作步驟很少，運行速度也非常快。

2.3 液壓支架順序聯(lián)動軟件系統(tǒng)設計

系統(tǒng)開始，收到升柱指令后，系統(tǒng)應答，2s報警延時后，報警關閉，開啟降架電磁閥，對立柱壓力和行程量進行讀取，達不到要求再回到前一步操作，達到要求，位于降柱上的電磁閥閉合，系統(tǒng)控制打開控制液壓支架移架的電磁閥，對立柱壓力和行程量進行讀取，達不到要求再回到前一步操作，達到要求，移架電磁換向閥閉合，升柱電磁閥打開，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。

3 結(jié)語

綜上所述，將PLC技術(shù)應用到液壓支架電液控制系統(tǒng)中，可以極大地提升液壓支架聯(lián)合運動控制的自動化程度，使得精準性也得到了大幅度的提升，降低了液壓支架狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間，使液壓支架組的工作更加快速、高效、可靠。對于井下綜采區(qū)的生產(chǎn)來說，滿足了其對于安全生產(chǎn)的需要，值得推廣、應用。

參考文獻

[1] 倪昊文.PLC技術(shù)在電氣工程自動化控制中的應用[J].南方農(nóng)機，2019，50（1）：177.

[2] 劉博.機械工程與自動化中PLC技術(shù)的應用分析[J].花炮科技與市場，2018（4）：172.

[3] 李江斌.煤礦綜采液壓支架的電液控制系統(tǒng)應用探究[J].機電工程技術(shù)，2018，47（4）：190-192.