SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)在耿村煤礦的應(yīng)用

張雪鋒

（河南大有能源股份有限公司，河南省義馬市，472300）

SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)在耿村煤礦的應(yīng)用

張雪鋒

（河南大有能源股份有限公司，河南省義馬市，472300）

介紹了耿村煤礦13160綜放工作面SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)的組成和基本工作原理，深入分析了耿村煤礦SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，并對(duì)產(chǎn)生的效益進(jìn)行了總結(jié)。

SAC型液壓支架 電液控制系統(tǒng) 綜采工作面 自動(dòng)化控制

耿村煤礦坐落在河南省澠池縣城南，井田東西走向4.5 km，南北走向2.8 km，面積12.6 km2，可采儲(chǔ)量15204.4萬t。2011年5月，耿村煤礦依靠科技進(jìn)步，安裝了義馬煤業(yè)集團(tuán)首個(gè)自動(dòng)化13160工作面，該工作面液壓支架采用國內(nèi)最先進(jìn)的SAC型電液控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化控制，保證了13160工作面的安全、高產(chǎn)和高效生產(chǎn)。

1 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)概述

SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)將工作面所有液壓支架的控制器單元互聯(lián)成為一個(gè)集成化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和液壓技術(shù)集為一體，能夠控制液壓支架自動(dòng)完成所有動(dòng)作，并能根據(jù)采煤機(jī)的位置、行進(jìn)方向和速度等參數(shù)自動(dòng)完成成組液壓支架的移架、推前部刮板輸送機(jī)、放煤、拉后部刮板輸送機(jī)等動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)工作面液壓支架的自動(dòng)控制。

2 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)組成

SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)是由支架控制器、人機(jī)操作界面、傳感器 （壓力傳感器、行程傳感器、位置傳感器）、電液閥組 （電磁先導(dǎo)閥和液控?fù)Q向閥）、電源箱、隔離耦合器、網(wǎng)絡(luò)變換器和監(jiān)控主機(jī)等裝置組成。

2.1 支架控制器

支架控制器是電液控制系統(tǒng)的核心部件，工作面的每一臺(tái)液壓支架都要裝備一臺(tái)支架控制器。支架控制器相當(dāng)于一臺(tái)微型專用計(jì)算機(jī)，軟件存放在控制器的存儲(chǔ)器內(nèi)。支架控制器接收到不同的控制（按鍵）命令后執(zhí)行不同的程序段并輸出不同的結(jié)果，之后由電磁線圈驅(qū)動(dòng)器譯碼成某個(gè)電磁先導(dǎo)閥的指定線圈得到高電平，進(jìn)而控制閥組切換某一油缸的上、下腔和進(jìn)液、回液管路的連接，此時(shí)活塞桿進(jìn)行升降或伸縮動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)液壓支架的升降或伸縮動(dòng)作?？刂破饔?個(gè)輸入口 （C1-C8）分布在控制器的后面，其中3個(gè)CAN通訊接口分別連接左、右鄰架及本架人機(jī)操作界面；4個(gè)傳感器接口分別連接推移行程傳感器、前柱壓力傳感器、后柱壓力傳感器和紅外線接收傳感器；1個(gè)接口連接放頂煤鍵盤?？刂破饔?0個(gè) （D1～D10）電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng)輸出接口，可驅(qū)動(dòng)的電磁閥為10個(gè)單元 （20個(gè)線圈），可以控制20個(gè)功能的電液閥組，完成液壓支架20個(gè)動(dòng)作的控制。

2.2 人機(jī)操作界面

人機(jī)操作界面由1個(gè)40 mm×80 mm的OLED漢字顯示器、21個(gè)操作按鍵、24個(gè)指示燈、1個(gè)蜂鳴器和1路CAN通訊接口組成。人機(jī)操作界面可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）操縱液壓支架的所有動(dòng)作。根據(jù)操作者的命令，可以實(shí)施本架及左、右鄰架單動(dòng)作控制、成組自動(dòng)控制、就地閉鎖和緊急停止等操作。

（2）功能設(shè)置和參數(shù)修改。按鍵操作可以對(duì)電液控制系統(tǒng)進(jìn)行一些功能設(shè)置和參數(shù)修改。

（3）顯示控制系統(tǒng)的狀態(tài)信息。人機(jī)操作界面提供的漢字顯示窗口可以顯示控制 （工作）狀態(tài)、故障錯(cuò)誤信息、設(shè)置及參數(shù)值、檢側(cè)值等狀態(tài)信息，各種LED狀態(tài)顯示及蜂鳴器作為信息媒體可以使系統(tǒng)與操作者之間得到良好的溝通。

2.3 傳感器

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的自動(dòng)控制功能，需要在控制器上插接各種傳感器。傳感器相當(dāng)于控制系統(tǒng)的感覺器官，隨時(shí)給控制器反饋液壓支架動(dòng)作的進(jìn)程和采煤機(jī)的位置及行進(jìn)方向，給自動(dòng)控制過程提供依據(jù)。

（1）壓力傳感器。壓力傳感器插入立柱測(cè)壓孔中，用來檢測(cè)支架立柱下腔內(nèi)的液壓力并實(shí)時(shí)監(jiān)視支架的支護(hù)狀態(tài)。壓力傳感器把連續(xù)變化的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電壓信號(hào)，之后傳給支架控制器并向系統(tǒng)提供控制過程的重要參數(shù)，這給立柱的自動(dòng)升降提供重要依據(jù)。

（2）行程傳感器。行程傳感器裝在推移液壓缸中，用來檢測(cè)推移千斤頂活塞桿的移動(dòng)行程值，而行程值代表的是支架或刮板輸送機(jī)所處的位置，是控制過程的重要依據(jù)。

（3）位置傳感器。位置傳感器 （紅外線接收傳感器）固定在支架的立柱上，用來接收固定在采煤機(jī)上紅外線發(fā)送器的信號(hào)，進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的位置及行進(jìn)方向，這給支架自動(dòng)控制提供依據(jù)。

2.4 電液閥組

電液閥組為單元組合結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元都包括電磁先導(dǎo)閥和對(duì)應(yīng)的液控?fù)Q向閥。電磁先導(dǎo)閥是靠電磁線圈通電產(chǎn)生的吸力而動(dòng)作的，一個(gè)單元有兩個(gè)電磁線圈，分別控制兩個(gè)動(dòng)作。電磁先導(dǎo)閥的動(dòng)作除了靠電磁線圈的吸力，還可以直接按壓推桿的外端帶動(dòng)先導(dǎo)閥芯動(dòng)作。推桿外端封有膠護(hù)罩，供手動(dòng)按壓。在停電、電控系統(tǒng)有故障或其他臨時(shí)不使用電控系統(tǒng)的情況下，作為應(yīng)急操作可直接按推桿使先導(dǎo)閥動(dòng)作。

2.5 電源箱

選擇本安防爆型電源箱，輸入127 V交流電壓，輸出12 V直流電壓給支架控制器供電。

2.6 隔離耦合器

隔離耦合器接在由不同電源供電的相鄰兩組支架控制器之間，目的是將兩組支架控制器實(shí)施電氣隔離，并為電源引入各組提供通道。隔離耦合器內(nèi)部有4個(gè)光電耦合器件為兩條數(shù)據(jù)通信線雙向信號(hào)傳輸提供通道。

2.7 網(wǎng)絡(luò)變換器

網(wǎng)絡(luò)變換器只能接在工作面一端，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）網(wǎng)絡(luò)檢查。進(jìn)行電液控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)完整性檢查。

（2）數(shù)據(jù)匯集。收集工作面支架控制單元?jiǎng)幼鳌鞲衅鲾?shù)據(jù)和支架控制器狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)上報(bào)與數(shù)據(jù)下傳。將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到井下電液控制系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)，并接收監(jiān)控主機(jī)發(fā)送來的參數(shù)修改和跟機(jī)控制命令，并將控制命令轉(zhuǎn)發(fā)到工作面執(zhí)行。

（4）采煤機(jī)位置的分析與確定。接收控制器發(fā)送來的采煤機(jī)位置信號(hào)，并對(duì)位置信號(hào)的有效性進(jìn)行分析，然后確定采煤機(jī)位置。

（5）跟機(jī)自動(dòng)化參數(shù)存儲(chǔ)與跟機(jī)自動(dòng)化控制。在網(wǎng)絡(luò)變換器中保存跟機(jī)自動(dòng)化參數(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)變換器參數(shù)的設(shè)置，來確定工作面自動(dòng)化控制的控制權(quán)是由井下監(jiān)控主機(jī)來完成還是由網(wǎng)絡(luò)變換器來完成。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變換器具有跟機(jī)自動(dòng)化控制權(quán)時(shí)，可由網(wǎng)絡(luò)變化器根據(jù)采煤機(jī)位置發(fā)出跟機(jī)控制命令。

2.8 監(jiān)控主機(jī)

監(jiān)控主機(jī)安裝在運(yùn)輸巷控制中心，可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）匯集并存儲(chǔ)工作面支架控制器傳來的數(shù)據(jù)，并在屏幕上顯示數(shù)據(jù)信息。

（2）可設(shè)置輸入控制參數(shù)，發(fā)出命令控制工作面支架。

（3）在裝備有采煤機(jī)位置檢測(cè)系統(tǒng)的工作面，主控制器可與采煤機(jī)位置檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信來監(jiān)視采煤機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)以采煤機(jī)運(yùn)行位置為依據(jù)的支架自動(dòng)控制。

（4）通過本安型光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將電液控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)報(bào)送到地面調(diào)度指揮中心的監(jiān)控主機(jī)上。

3 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)工作原理

在每臺(tái)液壓支架上均安裝支架控制器、人機(jī)操作界面、壓力傳感器、行程傳感器和控制電纜等裝置，組成單臺(tái)支架單元的控制系統(tǒng)。支架的控制單元由電源箱供電，每個(gè)電源箱輸出兩路直流電源，每路電源可以給4個(gè)支架控制器單元供電。不同電源回路之間的支架控制器使用隔離耦合器實(shí)現(xiàn)電氣隔離和信號(hào)握手。支架控制器是電液控制系統(tǒng)的核心部件，通過每臺(tái)支架上的人機(jī)操作界面可以發(fā)出各種控制命令，通過控制電纜將命令發(fā)送到本架控制器上，然后通過控制器將控制命令轉(zhuǎn)發(fā)到鄰架（或遠(yuǎn)程支架）控制器上，執(zhí)行動(dòng)作的支架控制器接收到控制器命令后，打開相應(yīng)的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路控制相應(yīng)的電磁閥動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)支架動(dòng)作的閉環(huán)控制，使用壓力傳感器對(duì)支架立柱升降進(jìn)行監(jiān)控，使用行程傳感器對(duì)支架的拉架、推溜以及拉溜過程進(jìn)行監(jiān)控。通過設(shè)置配合時(shí)間、壓力和行程參數(shù)，編制支架的自動(dòng)移架程序，實(shí)現(xiàn)支架的降、移、升自動(dòng)控制。通過系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可實(shí)現(xiàn)成組控制功能。通過井下運(yùn)輸巷的監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行工作面支架電液控制系統(tǒng)的集中控制與集中管理，實(shí)現(xiàn)工作面支架自動(dòng)控制。

4 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

SAC型電液控制系統(tǒng)在耿村煤礦應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)的功能包括以下幾個(gè)方面：

（1）能夠控制液壓支架19個(gè)功能動(dòng)作：前、后立柱升；前、后立柱降；推溜、拉架；護(hù)幫伸、收；前梁升、降；側(cè)護(hù)板伸、收；尾梁伸、收；插板伸、收；拉后溜；伸縮千斤頂伸、收。

（2）實(shí)現(xiàn)液壓支架單臺(tái)降、移、升自動(dòng)順序控制及單臺(tái)液壓支架的自動(dòng)順序放煤。

（3）實(shí)現(xiàn)液壓支架成組自動(dòng)移架、自動(dòng)推溜、自動(dòng)拉溜、自動(dòng)伸收護(hù)幫板和前梁等控制。

（4）實(shí)現(xiàn)液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化控制。

（5）實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改與掉電保護(hù)功能。

（6）實(shí)現(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)在線檢測(cè)、傳感器在線檢測(cè)與自適應(yīng)、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路在線檢測(cè)等功能。

（7）實(shí)現(xiàn)井下工作面液壓支架集中檢測(cè)與集中控制功能。

5 效益分析

SAC型電液控制系統(tǒng)在耿村煤礦的成功應(yīng)用滿足了礦井生產(chǎn)自動(dòng)化的要求，在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮了積極作用，具有較大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5.1 社會(huì)效益

（1）SAC型電液控制系統(tǒng)操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)液壓支架的控制實(shí)時(shí)性好且可靠性高。

（2）SAC型電液控制系統(tǒng)中檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用提高了液壓支架工況和控制過程的信息化程度及監(jiān)控功能，這使得液壓支架的故障時(shí)間大大降低，為礦井生產(chǎn)的安全可靠、高產(chǎn)高效提供了極大的保障。

（3）SAC型電液控制系統(tǒng)對(duì)液壓支架的自動(dòng)化操作提高了工作面工作人員的安全性，從2011年6月13160工作面正式生產(chǎn)到2012年6月底13160工作面生產(chǎn)結(jié)束，SAC型電液控制系統(tǒng)投入使用期間耿村煤礦未發(fā)生一起人員輕、重傷事故。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）SAC型電液控制系統(tǒng)通過對(duì)液壓支架的成組自動(dòng)控制，提高了液壓支架的動(dòng)作速度和自動(dòng)化程度，一方面減少了操作工人的勞動(dòng)量，另一方面提高了綜采工作面的生產(chǎn)效率，達(dá)到了減人增效的目標(biāo)。耿村煤礦13160自動(dòng)化工作面支架操作工和維修工較其他工作面減少12人，僅此一項(xiàng)節(jié)約人員工資費(fèi)用超過80萬元。

（2）電液控制取代手動(dòng)液壓控制能夠提高控制質(zhì)量，減少人工控制的隨意性和不準(zhǔn)確性，進(jìn)而減少液壓支架事故的發(fā)生和配件消耗，耿村煤礦13160自動(dòng)化工作面從投產(chǎn)到結(jié)束節(jié)約的密封、立柱、閥等配件費(fèi)用在70萬元以上。

Application of electrohydraulic control system of SAC-type hydraulic supports to Gengcun Coal Mine

Zhang Xuefeng
（Henan Dayou Energy Co.，Ltd.，Yima，Henan 472300，China）

The constitution and the basic working principal of electrohydraulic control system of SAC-type hydraulic supports at 13160 fully mechanized caving face in Gengcun Coal Mine were introduced.The functions of the system were analyzed in detail and the achieved profits were summarized too.

SAC-type hydraulic supports，electrohydraulic control system，fully mechanized caving face，automation control

TD355.4

B

張雪鋒 （1966-），女，河南洛陽人，1997年畢業(yè)于河南理工大學(xué)機(jī)電專業(yè)，本科，現(xiàn)任義煤集團(tuán)機(jī)電設(shè)備租賃站工程師，主要從事工作面設(shè)備選型、三機(jī)配套、礦壓觀察分析、設(shè)備技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新等方面的研究。

（責(zé)任編輯 路 強(qiáng)）