薄煤層工作面液壓支架的電液控制

苗麗華

（兗州煤業(yè)股份有限公司綜機管理中心 山東 鄒城 273500）

1 薄煤層工作面支架電液控制系統(tǒng)部件選型

1.1 薄煤層工作面狹小空間內(nèi)的支架電液控制系統(tǒng)一體化設計

相比原來的未使用電液控制系統(tǒng)的薄煤層工作面，電液控制系統(tǒng)的布置需要在支架上添加電控設備，通過現(xiàn)場工業(yè)總線互聯(lián)為網(wǎng)絡，實現(xiàn)通訊與控制功能，如何既保證設備使用的方便性又保證防護性能，狹小空間內(nèi)的設備布置就需要重新設計。除此之外工作面需要提供通過支架對運輸機的俯仰控制，在采煤機下風向提供噴霧降塵操作。

完成了對電液控制系統(tǒng)的元部件的選型。全工作面電液控制系統(tǒng)均是采用專為薄煤層設計研發(fā)的一體化電液控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、方便維護等優(yōu)點。具體體現(xiàn)在以下幾方面：

1.1.1 新研制KDW127/12(A)型單路礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源。改變了以往雙路供電的模式，該電源最大的特點是體積小巧，大大節(jié)省了支架上的空間，為電液控制系統(tǒng)其他部件的布置提供了更多的空間。

1.1.2 一體化電液控換向閥的使用。一體化電液控換向閥具有緊湊的結(jié)構(gòu)，其在縱向所占用的空間有114mm，僅為同類型產(chǎn)品大小的1/2，保證了支架處于最低位置時各種元部件不干涉。通過在電液控換向閥內(nèi)部集成支架過濾器，減少了輔助閥的數(shù)量。

1.1.3 支架控制器的使用。支架控制器安裝于電液控換向閥的左側(cè)，改變了以往支架控制器安裝于主閥上側(cè)或下側(cè)的排布方式，在豎直方向上減小了元件布置空間。

1.2 系統(tǒng)配置

薄煤層工作面的投入產(chǎn)出比是體現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟性的重要指標，通過設計，控制薄煤層工作面電液控制系統(tǒng)的投入保證工作面良好的經(jīng)濟性。在系統(tǒng)配置方面主要通過保證運行經(jīng)濟性的基礎上靈活安排，在人機界面，主控先導閥配置上減少工作面的一次性投入。

首先，減少工作面控制系統(tǒng)中的人機界面數(shù)量，使用每兩個支架安裝一個人機界面的形式，在控制方式上，在原鄰架操作基礎上添加隔架操作功能，此配置方式首次在薄煤層工作面上使用。這種配置方式的實現(xiàn)減小工作面電液控制系統(tǒng)設備投入的同時，也擴大單架的操作范圍，減少工人的移動次數(shù)，降低工人的勞動強度。

其次，針對不同支架配置間隔排列不同功能的主閥，比如隔10個支架左右安裝運調(diào)千斤頂，每隔10個支架安裝噴霧閥，交錯方式使用8功能、10功能主閥，使系統(tǒng)配置更合理、減小系統(tǒng)配置上的浪費。

2 薄煤層工作面液壓支架自動化控制系統(tǒng)研究

2.1 單架、成組基本自動控制程序開發(fā)

SAC系統(tǒng)的主要功能是控制支架的所有動作,控制是在應用程序基礎上進行,控制的條件是操作者通過鍵操作發(fā)出的命令（或是根據(jù)采煤機位置由主控制器發(fā)出的命令）、傳感器檢測的實時值和用戶設置的各種參數(shù)。SAC系統(tǒng)發(fā)揮計算機網(wǎng)絡控制技術(shù)的優(yōu)勢，賦予系統(tǒng)豐富的功能，使支架控制方便、靈活、協(xié)調(diào)、安全，尤其是應用程序修改的易行性和控制參數(shù)的多樣及可調(diào)性，能做到控制功能與工作面條件和生產(chǎn)工藝要求盡可能好地配合適應。以下簡要說明系統(tǒng)的主要功能：

2.1.1 單個支架的單動作控制

操作者在任意一個支架上，選定本架或左/右鄰架為被控支架，要使該架進行某一動作，就按面板上相應的某一操作鍵。這是系統(tǒng)提供的最基礎的初級功能。

2.1.2 單個支架的降移升控制

SAC控制器的程序?qū)⑦@三個主動作和包括與之關(guān)聯(lián)的其他動作（如平衡千斤頂、抬底座等）協(xié)調(diào)連貫起來合成為一個大動作，自動按程序執(zhí)行。每個單動作的進程及單動作之間的銜接與協(xié)調(diào)均以設置的參數(shù)及傳感器實時檢測的數(shù)據(jù)為依據(jù)。

2.1.3 支架成組動作控制

成組自動控制：從工作面的任何一個支架開始，向左或向右連續(xù)相鄰的設定數(shù)量的支架被設定為一組，支架的某一動作（單動作或自動順序聯(lián)動的復合動作）在給出命令后從起始架開始運行，按一定的順序在組內(nèi)自動地逐架傳遞，每架的動作自動開始，自動停止，直至本組末架完成該動作為止。

2.1.4 支架跟隨采煤機自動控制

這是支架控制的高級功能。要實現(xiàn)這項功能系統(tǒng)必須有采煤機位置檢測裝置和一臺網(wǎng)絡變換器?？刂破鞅仨毎褭z測到的采煤機位置信息傳給網(wǎng)絡變換器，由網(wǎng)絡變換器進行采煤機位置識別，并將采煤機位置傳送給井下主控計算機。根據(jù)工作面的作業(yè)規(guī)程，確定采煤機運行到某一位置時哪些支架應該執(zhí)行什么動作，這些操作要求被編成程序存入網(wǎng)絡變換器和主控計算機中，網(wǎng)絡變換器或主控計算機根據(jù)采煤機位置的信息指揮相應的支架控制器完成這些操作。

根據(jù)采煤工藝的要求編制程序，通過參數(shù)調(diào)整，在工作面不同位置不同區(qū)段支架控制器控制支架完成不同的工藝動作如自動移架、自動推溜等。

2.1.5 支架立柱自動補壓功能

SAC控制器提供了一項稱為PSA（Positive Set Automatic）的自動功能。電液控制系統(tǒng)在正常情況下，會定時檢測支架立柱壓力，立柱在支撐過程中如因某種原因發(fā)生壓力降落，當壓力降至某一設定范圍時，系統(tǒng)會自動執(zhí)行升柱，補壓到規(guī)定壓力，并可執(zhí)行多次，保證支護質(zhì)量，對工作面頂板實施有效的管理。

2.1.6 安全操作功能（急停、閉鎖、停止）

在井下工作面進行液壓支架維修調(diào)試時，不允許對維修人員正在檢修的支架實施動作控制，為此系統(tǒng)設置了閉鎖功能。當維修人員進行支架維修或調(diào)試時，應對本架實施閉鎖操作，只要按下操作架人機操作界面上的閉鎖按鈕即可，操作架將進入閉鎖模式。閉鎖操作使該架控制器硬件驅(qū)動電路的電源被切斷，從而保證維修人員所在支架不會動作，左右鄰架進入軟件閉鎖模式，通過軟件將左右鄰架的驅(qū)動電路電源關(guān)斷，禁止對左右鄰架進行動作控制，只有解除閉鎖操作，才能恢復正常的動作控制功能。對于被閉鎖的三個支架以外的其他支架控制器不受影響，仍可正常工作。

當工作面發(fā)生可能危及安全生產(chǎn)的緊急情況，需要立即停止或禁止支架成組動作時，可按壓任意一個支架控制器上的緊急停止按鈕，全工作面支架動作立即停止，自動控制功能在急停解除前被禁止。在急停模式下，禁止使用成組操作控制方式實施對支架的動作控制。

2.1.7 信息功能

SAC系統(tǒng)的信息功能豐富。支架控制器、網(wǎng)絡變換器、主控計算機及其他裝置上有多種形式的信息媒體，包括漢字、圖形顯示，蜂鳴器聲響信號及很多狀態(tài)顯示LED。系統(tǒng)可向用戶提供的信息歸納為以下幾類：支架動作的警示聲響信號，控制過程和狀態(tài)信息，支架工況信息（傳感器檢測值），設置的控制參數(shù)信息，故障和錯誤信息及一些系統(tǒng)本身的狀態(tài)信息。

SAC系統(tǒng)還具有向系統(tǒng)外（如地面調(diào)度室、監(jiān)控中心）傳輸信息的功能。

2.2 系統(tǒng)可靠性保證措施

通過以下兩個方面，保證了電液控制系統(tǒng)的可靠性。

硬件方面：具有較高的防護等級（等級標準IP68），全部采用不銹鋼材質(zhì)和可靠的密封結(jié)構(gòu)，保證了電液控制系統(tǒng)在井下高溫、高濕的環(huán)境下正常工作。人機操作界面與液壓支架電液控制裝置控制器配備防護板，提高了電氣元件防砸防護能力。電液換向閥組采用成熟的結(jié)構(gòu)，保證了使用壽命?？刂破魍ㄐ拍芰Φ臏y試通過了2000V電壓等級的浪涌試驗和脈沖群試驗，進行了50萬次通訊檢測，無故障。且通過了國家級檢測中心的煤礦例行型式試驗。

軟件方面：使用實時操作系統(tǒng)ucosⅡ，引入多任務概念，對系統(tǒng)軟件進行多輪的單元測試、集成測試，以確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定。