煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用探析

王逢春

（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，太原 030006）

0 引言

煤礦液壓電液控制系統(tǒng)的研究具備十分重要的意義，可以保證復雜煤層開采的機械化與自動化，提高經(jīng)濟效益與社會效益。通過電液控制系統(tǒng)可以聯(lián)動采煤機與刮板運輸機，轉(zhuǎn)變了以往傳統(tǒng)的采煤方式，且電液控制系統(tǒng)也具備遠程控制功能，可以實現(xiàn)無人值守，更好地實現(xiàn)了煤層開采的自動化。在采煤工作面應(yīng)用液壓電液控制系統(tǒng)，可以整體垂直移動工作面，并在煤層采過之后前移支護，保證刮板輸送機的平直運輸，且液壓支架的使用還可以改善煤礦工人的工作環(huán)境，降低工作強度，提高采煤工作效率。同時，液壓支架電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)了無人開采，提高了煤礦資源的利用率。本文介紹分析了煤礦液壓電液控制系統(tǒng)的組成部分，提出了軟件與硬件實際方案，對重要設(shè)備進行選型，指出了技術(shù)指標，在明確電液控制系統(tǒng)運行原理的基礎(chǔ)上，提出了整體的設(shè)計方案。通過在煤礦廣泛應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了信息化與自動化發(fā)展。通過借助電液控制系統(tǒng)，液壓支架可以得到靈活控制，且合并采用信息技術(shù)也減少了煤礦井下作業(yè)人員的數(shù)量，實現(xiàn)了無人化遠程自動管理[1]。為了更好地應(yīng)用液壓支架控制系統(tǒng)，相關(guān)工作人員還應(yīng)深入研究電液控制模式，在此基礎(chǔ)上引用新工藝與新技術(shù)，從而保證電液控制系統(tǒng)獲得良好的應(yīng)用效果。

1 煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)組成與特點

1.1 系統(tǒng)組成

煤礦液壓電液控制系統(tǒng)主要包括地面主控計算機、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及液壓支架電液控制器等組成部分，其中主控計算機的抗干擾能力較強；液壓支架安裝紅外傳感器、電磁換向閥組、行程傳感器、壓力傳感器等，且最終的系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)便是電液閥[2]。

1.2 系統(tǒng)特點

計算機屬于煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)的核心組成部分，需要處理較多信息量，且運算速度較快，可以實時監(jiān)測液壓支架、采煤機以及輸送機的運行情況。通過顯示器可以直觀了解井下開采的實時數(shù)據(jù)，將其與實際情況進行比較，利用遠程操作控制液壓支架，完成修改與設(shè)定。以往人工操作控制閥系統(tǒng)比較傳統(tǒng)，支架立柱需要利用密封圈進行防治。而通過引入電液控制系統(tǒng)，可以以計算機為中心控制整個開采系統(tǒng)，減輕了開采人員的工作強度，并保證了開采安全性，大幅度提升了煤礦生產(chǎn)安全系統(tǒng)的效率[3]。

2 煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計分析

2.1 系統(tǒng)軟件分析

不同設(shè)備控制模式下，其指令也存在較大差異，在使用系統(tǒng)軟件時，應(yīng)保證操作控制的嚴格性，在單片機控制過程中中斷請求信號，識別被控單元動作指令、單元編組方式以及單元編碼地址等信息，在指令的識別完成后保證控制單元有效運行[4]。通過使用單片機還可以命令電磁鐵，以驅(qū)動電路傳輸指令，改善系統(tǒng)的運行模式。本系統(tǒng)軟甲功能復雜，涉及較多的命令模塊，且每個模塊的作用均不可小覷[5]。

2.2 系統(tǒng)硬件分析

煤礦開采期間還具備更多必要的硬件設(shè)備，工作人員應(yīng)結(jié)合操作過程連接，利用總線結(jié)構(gòu)布置控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。在采煤機支架運行時應(yīng)配備子控機系統(tǒng)，保證電液支架的正常運行，以便在檢測不正常情況后及時報警，形成多元化的電液控制子系統(tǒng)。為了確保系統(tǒng)的運行效率，主控機與子控機之間總線應(yīng)正確串聯(lián)，且在子系統(tǒng)控制開始工作時，應(yīng)做好以下幾點控制工作[6]：

（1）子系統(tǒng)功能的實現(xiàn)應(yīng)與煤礦實際開采情況相符合，以便更好地控制采煤支架，滿足多元化的操作需求；

（2）在運行期間，應(yīng)利用子系統(tǒng)操作信號，發(fā)出指令，保證每個液壓支架的實施效果；

（3）保證整個系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間形成協(xié)調(diào)關(guān)系，在子控制系統(tǒng)發(fā)出命令后，才可以正常運行系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)；

（4）機械設(shè)備發(fā)生故障后，應(yīng)利用子系統(tǒng)進行輔助診斷檢測，保證電液控制系統(tǒng)的完整性。具體而言，液壓支架電液控制系統(tǒng)的硬件組成部分如表1所示。

表1 液壓支架電液控制系統(tǒng)硬件部分

3 煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)基本功能

一是鄰架單動作控制，利用左右鄰架單獨控制支架，實現(xiàn)單動作控制，主要用于工作面條件較差的情況下。二是隔架控制，可以控制相隔5 架的支架模式。三是單架自動移架控制，根據(jù)既定的控制流程，自動控制支架的升、降、移。四是成組支架動作控制，可以保證自動移架控制與成組推溜控制，以控制噴霧。五是耦合工作面頂板，根據(jù)液壓支架的運行情況確定初撐力，并將支架自動補液系統(tǒng)設(shè)置于開采工作面，在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)液壓支架補液壓力閥值，以動態(tài)耦合液壓支架與工作面頂板圍巖[7]。

3.2 支架控制器功能

工作面控制的本質(zhì)在于利用電液支架控制器完成成組、鄰架以及本架的有效控制。期間應(yīng)合理劃分工作面支架，實現(xiàn)單動作與組合動作的有效控制，其中單動作包括伸縮護幫板、抬底、推溜、移架、降柱和升柱等方面，利用按鍵或菜單將幾個單動作進行有效組合，實現(xiàn)持續(xù)動作。支架控制主要利用架底本身調(diào)試方法實現(xiàn)，可以利用控制按鈕完成控制與選擇，或者利用菜單進行鄰架控制。同時，在實現(xiàn)基本功能后，還應(yīng)合理顯示采煤機運行參數(shù)與支架位置等信息，一旦發(fā)生故障，工作人員可以及時通過控制器上的急停按鈕中止系統(tǒng)的運行[8]。

3.3 電液控主機功能

軟件與硬件均屬于電液控主機的組成部分，具體包括電源模塊、輸入輸出設(shè)備、存儲模塊、通訊模塊以及控制模塊等，其設(shè)計符合可擴展性、防護性以及兼容性特點。在實現(xiàn)電液控主機功能時應(yīng)利用軟件實現(xiàn)，在特殊應(yīng)用環(huán)境中應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)，以此為依據(jù)保留需要模塊，跟機與遠程控制液壓支架。同時，利用系統(tǒng)的故障在線診斷功能可以自動識別液壓支架電液控制系統(tǒng)中傳感器故障與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)故障，并完成遠程自動編址、參數(shù)配置以及程序更新等動作，與井上主控計算機實現(xiàn)通信。在電液控主機上位機軟件中，監(jiān)測功能屬于典型功能，可以實時顯示采煤機的運行方向、運行位置以及支架的驅(qū)動狀態(tài)、電源電壓信號等信息，以圖形模式顯示每個支架的推移行程、紅外電壓以及支柱壓力等信號。除此之外，利用LED雙色燈可以顯示自動升架、降架、自動補壓、自動推溜、鄰架通信以及CAN通信的基本情況，在狀態(tài)欄中顯示詳細的錯誤信息，并在手動導入、導出主機監(jiān)控參數(shù)后，合理分析數(shù)據(jù)情況。作為電液主控機的基本功能，通過數(shù)據(jù)分析與遠程控制，可以幫助采煤人員了解工作面的自動化狀態(tài)、支架動作信息以及液壓問題等，分析采煤機運行軌跡與礦壓分布情況，顯示液壓支架控制器的急停狀態(tài)、通信狀態(tài)、驅(qū)動器狀態(tài)等，并在順槽監(jiān)控中心集中修改工作面采煤工藝與參數(shù)，顯示工作面液壓支架的基本姿態(tài)，再將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至電液主控機，完成井上與井下的同步監(jiān)測。需要注意的是，在電液控制系統(tǒng)的監(jiān)測過程中，應(yīng)為不同用戶設(shè)定不同權(quán)限，以保證系統(tǒng)的控制與調(diào)控效果。

3.4 子系統(tǒng)控制工作

子控制系統(tǒng)在煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)中占據(jù)十分關(guān)鍵的作用，期間工作人員應(yīng)注重采煤支架的控制效果，以滿足多元化的操作要求。同時，在子系統(tǒng)的控制工作中，工作人員還應(yīng)注重各個控制系統(tǒng)的運行情況，以保證液壓支架的實施效果。為了保證整個控制系統(tǒng)性能的完整性與合理性，在子系統(tǒng)控制過程中，工作人員還應(yīng)利用子系統(tǒng)完成輔助診斷檢測，保證監(jiān)控效果。

4 結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的穩(wěn)步提升，液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用也得到了廣泛重視。本文分析了煤礦液壓支架電液系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，確定了電液控制系統(tǒng)軟件及硬件的設(shè)計方案。同時，還結(jié)合實際開采情況，設(shè)計了各個子模塊的軟硬件，并完成了模塊化調(diào)試。通過測試可知，軟件設(shè)計穩(wěn)定，具備一定的實時性與可維護性，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。對此，煤礦企業(yè)應(yīng)在開采期間合理采用液壓支架電液控制系統(tǒng)，以贏得更多的經(jīng)濟效益與社會效益。