液壓支架電氣控制系統(tǒng)的試驗(yàn)與應(yīng)用

王建平

（壽陽(yáng)開(kāi)元礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電運(yùn)輸部，山西 壽陽(yáng) 045400）

引言

液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)為綜采工作面的“三機(jī)”，其擔(dān)負(fù)著煤礦的主要生產(chǎn)任務(wù)。尤其是大功率、多功能采煤機(jī)在工作面的應(yīng)用，對(duì)其配套刮板輸送機(jī)、液壓支架等大型設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平和可靠性提出了更高的要求。液壓支架作為工作面安全支護(hù)的主要設(shè)備，其根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)對(duì)支護(hù)高度進(jìn)行控制；同時(shí)，為刮板輸送機(jī)提供推溜動(dòng)力。端頭控制器是實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制，并最終實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)[1]。本文重點(diǎn)對(duì)液壓支架電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)與應(yīng)用研究。

1 液壓支架端頭控制器集中控制設(shè)計(jì)

液壓支架電氣控制系統(tǒng)主要由防爆計(jì)算機(jī)、端頭控制器、各架間的控制器組成。其中，防爆計(jì)算機(jī)主要用于接收液壓支架運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)。端頭控制器主要功能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)液壓支架的實(shí)際工作參數(shù)和工作面其他設(shè)備的工作狀態(tài)發(fā)出相對(duì)應(yīng)的控制指令，同時(shí)向防爆計(jì)算機(jī)發(fā)送預(yù)警信號(hào)和故障信息，其是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制的核心器件[2]。架間控制器是具體控制某組液壓支架的直接控制裝置；同時(shí)架間控制器還裝備了位移、壓力等傳感器對(duì)液壓支架支柱壓力、推溜位移等參數(shù)進(jìn)行采集，為端頭液壓支架提出控制指令奠定基礎(chǔ)。液壓支架一體化電氣控制系統(tǒng)組成如圖1 所示。

由圖1 可知，端頭控制器是實(shí)現(xiàn)液壓支架集中、一體化控制的核心，起著承上啟下的作用，主要承擔(dān)發(fā)送控制指令、接收設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、向防爆計(jì)算機(jī)上傳運(yùn)行參數(shù)的功能。

圖1 液壓支架電氣控制系統(tǒng)組成圖

1.1 端頭控制器巡檢功能的實(shí)現(xiàn)

端頭控制器巡檢功能指的是能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)各類傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，其是實(shí)現(xiàn)集中、一體化控制和在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。端頭控制器在現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集數(shù)據(jù)支撐作用下，結(jié)合工況和實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對(duì)架間控制器發(fā)出控制指令；將控制指令和實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)上傳至上位機(jī)供用戶直觀查看[3]。端頭控制器巡檢流程如下：從當(dāng)前液壓支架的狀態(tài)參數(shù)判斷采煤機(jī)的位置，為集中控制奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；以采煤機(jī)為中心，對(duì)其前后15 架的狀態(tài)進(jìn)行巡檢。

巡檢參數(shù)包括整體參數(shù)、局部參數(shù)、成組參數(shù)和端頭自動(dòng)化參數(shù)。其中，整體參數(shù)主要包括移架、降柱、升柱、推溜的最長(zhǎng)時(shí)間及推溜安全間距、移架壓力等；局部參數(shù)主要包括最小升架壓力、頂梁伸縮時(shí)間、極限壓力、移架壓力等；成組參數(shù)主要包括小循環(huán)參數(shù)、成組推溜參數(shù)、成組移架參數(shù)等；端頭自動(dòng)化參數(shù)主要包括上下端頭的開(kāi)啟與否、上下端頭反向開(kāi)關(guān)與否等。端頭液壓支架巡檢流程設(shè)計(jì)如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 液壓支架巡檢流程

1.2 端頭控制器集中控制功能的實(shí)現(xiàn)

端頭控制器集中控制功能是根據(jù)采煤機(jī)的實(shí)時(shí)位置并結(jié)合工藝要求對(duì)液壓支架的各項(xiàng)動(dòng)作發(fā)出指令。對(duì)于綜采工藝而言，主要包括中間區(qū)段、斜切進(jìn)刀、截割三角煤及返回中間段。其中，以斜切進(jìn)刀和截割三角煤對(duì)應(yīng)的工藝流程比中間區(qū)段和返回中間段的工藝流程復(fù)雜[4]。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)在斜切進(jìn)刀和截割三角煤工藝時(shí)對(duì)液壓支架的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)控制尤為重要。端頭控制器集中控制功能實(shí)現(xiàn)流程如圖3 所示。

圖3 端頭控制器集中控制功能流程設(shè)計(jì)

2 液壓支架電氣控制系統(tǒng)的試驗(yàn)與應(yīng)用

在對(duì)液壓支架電氣控制系統(tǒng)軟硬件（包括端頭控制器硬件、鍵盤(pán)顯示程序、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制程序、集中控制追機(jī)拉架程序、故障報(bào)警、急停功能、錯(cuò)誤狀態(tài)顯示功能等）調(diào)試成功的基礎(chǔ)上，對(duì)液壓支架電氣控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 液壓支架電氣控制系統(tǒng)性能試驗(yàn)

重點(diǎn)對(duì)液壓支架電氣控制系統(tǒng)的基本功能組成檢查試驗(yàn)、工作穩(wěn)定性進(jìn)行試驗(yàn)。按照如圖4 所示的方式對(duì)被試組件進(jìn)行連接，重點(diǎn)對(duì)單臺(tái)小循環(huán)、成組、煤機(jī)聯(lián)動(dòng)控制功能進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)后得出如下結(jié)論：

圖4 受試系統(tǒng)連接圖

1）小循環(huán)功能試驗(yàn)結(jié)論：選擇左右各一臺(tái)液壓支架為被控液壓支架，操作者按下“小循環(huán)”操作鍵后，相鄰液壓支架能夠按照指定動(dòng)作運(yùn)行，包括降架、移架、升降等；選擇左右各7 臺(tái)液壓支架為成組動(dòng)作液壓支架，操作者按下“小循環(huán)”鍵后，成組液壓支架均能夠按照指定指令動(dòng)作。

2）電氣控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)論：系統(tǒng)在連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后輸出電壓始終為額定值；系統(tǒng)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后始終能夠保證穩(wěn)定輸出狀態(tài)。

2.2 液壓支架電氣控制系統(tǒng)地面試驗(yàn)

液壓支架電氣控制系統(tǒng)地面試驗(yàn)主要對(duì)其遠(yuǎn)程手動(dòng)控制功能進(jìn)行試驗(yàn)。該項(xiàng)試驗(yàn)主要是對(duì)液壓支架執(zhí)行指令動(dòng)作的所需時(shí)間和反應(yīng)速度進(jìn)行試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后得出如下結(jié)論：

1）試驗(yàn)人員按下“動(dòng)作鍵”后，對(duì)應(yīng)被控制的液壓支架會(huì)實(shí)時(shí)動(dòng)作，即具有較好的實(shí)時(shí)性，可滿足實(shí)際生產(chǎn)需求[5]。同時(shí)，在反復(fù)試驗(yàn)過(guò)程中能夠穩(wěn)定、實(shí)時(shí)執(zhí)行指令，并未出現(xiàn)誤動(dòng)作或不響應(yīng)的情況。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，設(shè)定端口控制器執(zhí)行每個(gè)指令的時(shí)間不超過(guò)5 s。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后，液壓支架動(dòng)作執(zhí)行時(shí)間均不超過(guò)5 s，即動(dòng)作速度滿足要求。

2.3 液壓支架電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)液壓支架電氣控制系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用效果，將其應(yīng)用于實(shí)際工作面中，該工作面走向長(zhǎng)度為200 mm，并為其配置了122 個(gè)液壓支架，現(xiàn)場(chǎng)液壓支架安裝如圖5 所示。

圖5 液壓支架現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用并總結(jié)如下：在應(yīng)用生產(chǎn)的一個(gè)周期內(nèi)，液壓支架電氣控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定通信，能夠根據(jù)采煤機(jī)實(shí)時(shí)位置等工況對(duì)各項(xiàng)動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)控制，并在故障發(fā)生前能夠?qū)崿F(xiàn)急停、閉鎖的控制功能；同時(shí)，電氣控制系統(tǒng)還能夠?qū)⒁簤褐Ъ苓\(yùn)行參數(shù)及控制指令實(shí)時(shí)上傳于上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程、集中控制。

3 結(jié)論

液壓支架為綜采工作面的主要支護(hù)設(shè)備，其與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)一起稱為工作面的“三機(jī)”，為進(jìn)一步提升綜采工作面生產(chǎn)安全性和效率，提升液壓支架電氣控制系統(tǒng)的性能尤為重要。本文所設(shè)計(jì)的液壓支架電氣控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備集中、一體化、遠(yuǎn)程控制。通過(guò)試驗(yàn)表明：電氣控制系統(tǒng)的性能優(yōu)越、穩(wěn)定性良好，系統(tǒng)動(dòng)作速度滿足不超過(guò)5 s 的要求；并經(jīng)實(shí)踐工作面驗(yàn)證其在惡劣環(huán)境下也可正常通信、穩(wěn)定及時(shí)控制。