綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

劉萬(wàn)倉(cāng)，韋中成

（鄂爾多斯市轉(zhuǎn)龍灣煤炭有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017010）

0 引言

在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，煤炭的地位舉足輕重，其對(duì)發(fā)展國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)具有關(guān)鍵作用。為了實(shí)現(xiàn)煤礦開采效率的提升，需要在綜采中應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦開采機(jī)械自動(dòng)化水平的提升，確保煤礦開采實(shí)現(xiàn)智能化。事實(shí)表明，作為一種有效統(tǒng)一監(jiān)測(cè)與控制的新型液壓支架電液控制技術(shù)，它能夠很好地監(jiān)測(cè)綜采工作面設(shè)備的工作狀態(tài)，從而確保煤礦開采的正常開展。

1 液壓支架電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成部分

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)涵蓋硬件和軟件兩個(gè)方面。

（1）設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)。電液控制系統(tǒng)需要應(yīng)用相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)備，且結(jié)合開采煤礦工作要求對(duì)連接設(shè)備的方式予以確定。其結(jié)合CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）總線設(shè)計(jì)方式，根據(jù)操作采煤支架的現(xiàn)狀設(shè)置節(jié)點(diǎn)，從而互相控制節(jié)點(diǎn)間，依次為節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建采煤支架分布控制系統(tǒng)，完善固有采煤機(jī)械設(shè)備的缺陷。將一臺(tái)子控機(jī)設(shè)置于各個(gè)采煤支架實(shí)現(xiàn)控制，且形成一系列的電液控制子系統(tǒng)，在主控機(jī)上連接全部的子控機(jī)，確保正確地連接總線以及串行通信接口。

（2）設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)。各種控制設(shè)備有不同的控制方式，為此，應(yīng)各自進(jìn)行設(shè)計(jì)，且結(jié)合對(duì)請(qǐng)求信號(hào)的甄別來(lái)識(shí)別輸入指令。控制命令涵蓋動(dòng)作指令、單元編組、編碼地址，在準(zhǔn)確識(shí)別各種質(zhì)量信號(hào)的基礎(chǔ)上有效地控制被控單元。設(shè)計(jì)軟件控制系統(tǒng)的工作比較復(fù)雜，重點(diǎn)涵蓋監(jiān)控模塊、處理命令模塊、接收命令模塊、發(fā)送命令模塊等。設(shè)計(jì)為模塊化的形式，能系統(tǒng)地控制被控單元。液壓支架電液控制系統(tǒng)基本架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)基本架構(gòu)

2 煤礦綜采中液壓支架電液控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

2.1 選用適宜的設(shè)備與工作參數(shù)值

通常情況下，各種液壓支架電液控制系統(tǒng)所適宜的工作場(chǎng)所有所不同，例如在壓力敏感性方面，井下煤礦與露天煤礦存在差別，并且在開采煤礦時(shí)，也需要科學(xué)設(shè)置設(shè)備工作參數(shù)值，從而確保提高控制效果。液壓支架有很多類別，根據(jù)煤層傾角，通常劃分為大傾角液壓支架以及一般液壓支架；根據(jù)煤層現(xiàn)狀，可以劃分為大采高支架、中厚煤層支架、薄煤層支架；根據(jù)采煤方式，可以劃分為一次采全高支架和放頂煤支架。此外，在持續(xù)進(jìn)步的技術(shù)影響下，還存在新的超靜定液壓支架等。在開采煤礦時(shí)，如果開采煤層的方向是銳角，那么可以應(yīng)用一般液壓支架，如果開采煤層的方向是鈍角，那么可以應(yīng)用大傾角液壓支架。在工作參數(shù)上，因?yàn)橄嗤V井的實(shí)際工作狀態(tài)也存在差別，需要結(jié)合實(shí)際現(xiàn)狀調(diào)整參數(shù)，例如在開采薄煤層上，液壓壓力需要比開采中厚煤層的小，應(yīng)結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)和長(zhǎng)期觀察確定實(shí)際參數(shù)值。對(duì)于煤層上部構(gòu)造而言，各種構(gòu)造對(duì)開采效率的影響也有所不同，如果其構(gòu)造是砂石，那么在進(jìn)行割煤時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)壓力為較小水平，防止塌方現(xiàn)象的形成；如果頂層構(gòu)造屬于石質(zhì)構(gòu)造，那么液壓壓力需要調(diào)整至砂石構(gòu)造的至少兩倍。工作者在完全掌控采礦區(qū)域的條件下，結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)確定適宜的參數(shù)值，且在系統(tǒng)的智能模塊中設(shè)置各種組合方式，并在實(shí)際應(yīng)用過程中結(jié)合一系列變化加以調(diào)整。

2.2 自動(dòng)化控制的應(yīng)用

液壓支架電液控制系統(tǒng)的明顯特點(diǎn)在于自動(dòng)化控制，在開采煤礦時(shí)，設(shè)備碰到復(fù)雜多變的狀況，憑借人工實(shí)施控制有一定的滯后性，難以精確控制調(diào)整的程度，但是在自動(dòng)化控制方式下可以很好地處理上述情況。具體而言，可以應(yīng)用該系統(tǒng)的智能模塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，涵蓋行程傳感設(shè)備、壓力控制設(shè)備、傳感設(shè)備等，各設(shè)備單獨(dú)運(yùn)行，并且互相保持相應(yīng)的聯(lián)系性。例如在設(shè)計(jì)壓力控制時(shí)，在設(shè)備中加裝一個(gè)壓力感應(yīng)器且將其連接到控制中樞。在運(yùn)行過程中，基于各種運(yùn)行狀況設(shè)備的壓力形成改變，如此的改變一般處在一個(gè)安全范圍之內(nèi)，此范圍的極值是啟動(dòng)初始值與最大壓力安全值。感應(yīng)器一個(gè)周期的時(shí)間是0.2 s，實(shí)時(shí)感應(yīng)壓力，如果壓力值在初始值以下或最大壓力值以上，感應(yīng)器能夠向智能中樞迅速地體現(xiàn)這種狀態(tài)，智能中樞可以發(fā)出警報(bào)和實(shí)施調(diào)節(jié)。在進(jìn)行調(diào)節(jié)之后，恢復(fù)壓力控制為正常值，從而防止毀壞受其制約的綜采設(shè)備構(gòu)件?，F(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展方向是自動(dòng)化控制，煤礦開采中的智能化控制顯得非常關(guān)鍵，除以上分析的壓力控制之外，它還能自動(dòng)化控制和處理泄漏瓦斯和頂層松動(dòng)的現(xiàn)象，從而使煤礦開采的安全性與效率顯著提高。

2.3 監(jiān)測(cè)礦壓與預(yù)警瓦斯突出的應(yīng)用

（1）科學(xué)地觀測(cè)與分析礦山壓力特點(diǎn)（支架運(yùn)行阻力、頂板壓力等），有助于開采效率和安全性的提高。而應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)的立柱壓力傳感器，可以取得相應(yīng)的壓力信息，然后開發(fā)出頂板災(zāi)害預(yù)警以及礦壓監(jiān)測(cè)的功能，將支架壓力的歷史數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存和分析，從而有效地預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)頂板來(lái)壓狀況，并且根據(jù)支架的姿態(tài)和當(dāng)前撐力預(yù)警，改變礦壓情況下存在的支架失穩(wěn)現(xiàn)象。

（2）預(yù)警瓦斯突出。結(jié)合電液控制系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛?，從而預(yù)警瓦斯突出。具體來(lái)講，電液控制系統(tǒng)能夠?qū)ぷ髅嬲w的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合此系統(tǒng)中的有關(guān)傳感器對(duì)瓦斯突出相關(guān)的指標(biāo)（電磁輻射、特定頻率震動(dòng)、瓦斯涌出量、煤層溫度等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且結(jié)合瓦斯突出預(yù)警理論以及指標(biāo)改變情況，能有效預(yù)警瓦斯突出，進(jìn)而避免因瓦斯突出災(zāi)害形成較大的人身傷害事故和財(cái)產(chǎn)損失。

3 煤礦綜采中液壓支架電液控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

（1）應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以有效應(yīng)用所有的傳感器信息和提高各臺(tái)支架控制器的運(yùn)算水平，從而提升各臺(tái)控制器的控制決策性能以及降低上位機(jī)、端頭主控制器的運(yùn)行負(fù)荷，優(yōu)化單一的上報(bào)數(shù)據(jù)方式，統(tǒng)籌工作面整體為一個(gè)有機(jī)的聯(lián)系體，進(jìn)而在有限的計(jì)算水平上大大提升智能化與自動(dòng)化控制能力。當(dāng)前，在電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)日益完善的統(tǒng)一控制作用，且穩(wěn)定發(fā)展為全面自動(dòng)化方向。

（2）應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高其功能，優(yōu)化傳輸信息的方式，以及實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)過程的簡(jiǎn)化和數(shù)據(jù)采集量的豐富。并且，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電液控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠更加容易地采集牽涉多變量、多設(shè)備的復(fù)雜狀態(tài)檢測(cè)的數(shù)據(jù)；結(jié)合傳感器無(wú)線傳輸信息的優(yōu)勢(shì)，還能深入?yún)R總搜集的龐大數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的智能化，確保工作面設(shè)備具備協(xié)同運(yùn)行的性能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工作面生產(chǎn)技術(shù)的全自動(dòng)化。另外，在電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可以提供充足的智能化與自動(dòng)化控制數(shù)據(jù)。

（3）應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)在電液控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，即結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)液壓設(shè)備的運(yùn)行情況信息進(jìn)行分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)中壽命管理模塊性能的提升。這就要求有效統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，即應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集、檢測(cè)、傳輸裝備工作狀態(tài)的信息數(shù)據(jù)，然后結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)開展分析、處理、融合工作，從而更加有效地服務(wù)于系統(tǒng)中的設(shè)備。并且，在電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以確保電液控制系統(tǒng)切實(shí)具備液壓支架全周期壽命管理以及故障預(yù)測(cè)的能力。這樣不但能提升了檢修和維護(hù)液壓設(shè)備的效率，延長(zhǎng)設(shè)備使用年限，還能提升煤礦生產(chǎn)效率和質(zhì)量，確保礦井工作者的人身安全。

（4）應(yīng)用智能控制技術(shù)。在電液控制系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制技術(shù)，即結(jié)合智能控制技術(shù)優(yōu)化其控制，這表現(xiàn)為控制過程的很多環(huán)節(jié)。其中，模糊控制能夠解決控制過程中難以建立液壓支架及其相關(guān)控制對(duì)象控制模型的問題；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠給控制過程中的不確定性提供比較高的容錯(cuò)度，并且提高適應(yīng)變化因素的性能；專家控制可以使控制精度提升，提高診斷故障的性能。總之，結(jié)合這一系列的智能控制措施，可以大大提升電液控制系統(tǒng)的自動(dòng)追機(jī)拉架、工作面校直找平等能力，也可以在支架在各種姿態(tài)情況下依舊確保一系列動(dòng)作控制的精確度，進(jìn)一步提升電液控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

在傳統(tǒng)的煤礦開采工作中，人工操作控制方式占據(jù)主導(dǎo)，容易受到各種自然狀況、人為因素的制約，工作效率比較低。而在煤礦綜采中應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)，其跟傳統(tǒng)的煤礦開采系統(tǒng)相比，具備設(shè)備控制、順槽控制、自動(dòng)控制、智能控制等一系列功能，在煤礦開采資源中，廣泛使用液壓支架電液控制系統(tǒng)不僅可以優(yōu)化煤礦生產(chǎn)條件，而且還能降低工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化與遠(yuǎn)程控制操作，在確保煤礦開采質(zhì)量和效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)理想的煤礦企業(yè)效益。