液壓支架電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

任建庭

（陽(yáng)煤寺家莊有限責(zé)任公司機(jī)運(yùn)部修配隊(duì)， 山西 晉中 045300）

引言

液壓支架、刮板輸送機(jī)以及采煤機(jī)為綜采工作面的三大綜采設(shè)備，各個(gè)綜采設(shè)備工作面的穩(wěn)定性和可靠性直接決定著煤炭的生產(chǎn)效率和綜采工作面生產(chǎn)的安全性[1]。液壓支架不僅為采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)提供支護(hù)頂板，還為綜采工作面的作業(yè)人員提供安全的作業(yè)空間。目前，我國(guó)仍有部分綜采工作面采用手動(dòng)方式對(duì)液壓支架進(jìn)行控制，在實(shí)際生產(chǎn)中常出現(xiàn)支護(hù)不到位、支護(hù)效率低等問(wèn)題，嚴(yán)重制約著綜采工作面的安全生產(chǎn)。因此，實(shí)現(xiàn)液壓支架的自動(dòng)化控制是十分有必要的。

本文針對(duì)某礦工作面液壓支架設(shè)計(jì)與其相對(duì)應(yīng)的電控系統(tǒng)。

1 液壓支架液壓原理

液壓支架的主要功能是完成對(duì)工作面頂板和底板的支護(hù)，是工作面安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。液壓支架通過(guò)乳化液泵站供給的高壓乳化液為其提供支護(hù)力，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求完成降落、移架、支撐以及推架等操作。液壓支架液壓原理如圖1所示。

2 液壓支架電控系統(tǒng)要求

液壓支架作為綜采工作面支護(hù)頂板和底板的核心部件，其可根據(jù)綜采工作面的特點(diǎn)及生產(chǎn)要求，完成液壓支架的單動(dòng)作、順序動(dòng)作，液壓支架的成組動(dòng)作、自動(dòng)控制動(dòng)作等。為此，為滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，要求其電控系統(tǒng)必須能夠完成上述基本動(dòng)作[2]。

1）針對(duì)液壓支架的單架動(dòng)作，要求其電控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)升柱、降柱、推溜、拉架、臺(tái)底座、收底座、伸側(cè)板、收側(cè)板等功能；

2）針對(duì)液壓支架的單架順序聯(lián)動(dòng)，要求其電控系統(tǒng)在12 s內(nèi)按照順序完成降柱、移架、升柱操作。此外，要求其電控系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)要求完成對(duì)側(cè)護(hù)板、千斤頂以及伸縮量的伸、收操作。

3）針對(duì)液壓支架的成組動(dòng)作，要求其電控系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)要求對(duì)某一組的液壓支架進(jìn)行操作，要求每臺(tái)液壓支架能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)開(kāi)始動(dòng)作并自動(dòng)停止，直至組內(nèi)所有液壓支架均完成操作。

4）針對(duì)液壓支架的自動(dòng)控制，要求其電控系統(tǒng)能夠根據(jù)采煤機(jī)的實(shí)時(shí)位置及下一步生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)完成液壓支架的推溜、移架、護(hù)幫伸收等操作。

圖1 液壓支架液壓原理圖

3 液壓支架電控系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

3.1 液壓支架電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析

根據(jù)綜采工作面的實(shí)際生產(chǎn)需求，要求每個(gè)支架至少需要8個(gè)控制系統(tǒng)或壓力、位移等檢測(cè)信號(hào)。因此，要求為每臺(tái)液壓支架配置一臺(tái)控制器，且各個(gè)液壓支架控制器之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信。綜合考慮國(guó)內(nèi)外先進(jìn)液壓支架控制器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用CAN總線實(shí)現(xiàn)工作面每個(gè)液壓支架的相互通信，現(xiàn)場(chǎng)每個(gè)電源箱為六個(gè)液壓支架控制器供電，基于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控中室與順槽工作主站的通信[3]。每個(gè)液壓支架的控制器結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示。

如圖2所示，液壓支架控制器的核心PLC通過(guò)壓力、位移及紅外傳感器獲取液壓支架的實(shí)時(shí)信息，并對(duì)上述獲取的信息分析處理后，通過(guò)電磁先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的控制。其中，壓力傳感器采集支架立柱的下腔壓力；位移傳感器采集推移千斤頂?shù)男谐?；紅外傳感器采集采煤機(jī)的實(shí)時(shí)位置。

圖2 液壓支架控制器結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 液壓支架電控系統(tǒng)硬件的選型設(shè)計(jì)

根據(jù)液壓支架單架及成組所承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)及其電控系統(tǒng)功能要求，組成液壓支架電控系統(tǒng)硬件的核心部件包括有液壓支架控制器、壓力傳感器、位移傳感器、紅外傳感、PLC控制器以及電源等[4]。液壓支架電控系統(tǒng)核心硬件選型結(jié)果如表1所示。

表1 電控系統(tǒng)核心硬件選型

3.3 CAN總線模塊的設(shè)計(jì)

鑒于綜采工作面相對(duì)惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，為保證各個(gè)控制器之間的通信與控制，對(duì)電控系統(tǒng)CAN模塊的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求[5]。CAN總線模塊的核心為L(zhǎng)PC2119控制器和隔離電源。CAN總線模塊實(shí)物及隔離電源電路如圖3、圖4所示。

圖3 CAN總線模塊實(shí)物圖

圖4 隔離電源電路圖

4 液壓支架電控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，液壓支架可能經(jīng)歷主控模式、從控模式、閉鎖模式以及空閑模式。且每個(gè)工作面可根據(jù)如圖5所示的流程進(jìn)行切換。

圖5 液壓支架工作面模式切換

如圖5所示，主控模式為通過(guò)該液壓支架完成對(duì)本組其他液壓支架的控制；從控模式為該液壓支架根據(jù)其他液壓支架的控制器控制；閉鎖模式為其他液壓支架控制器不能對(duì)該液壓支架及其左右臨架的控制器進(jìn)行操作；空閑模式為該液壓支架等待其他液壓支架控制器的控制命令。

液壓支架的單架控制、順序控制以及成組控制的程序流程圖如圖6所示。

圖6 液壓支架電控系統(tǒng)關(guān)鍵動(dòng)作程序流程圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)為工作面每臺(tái)液壓支架配置一臺(tái)控制器，能夠?qū)崟r(shí)采集支架的工作壓力、千斤頂位移及采煤機(jī)的位置，基于PLC控制器對(duì)上述信息進(jìn)行分析處理后，通過(guò)電磁先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的自動(dòng)化控制，以實(shí)現(xiàn)液壓支架的單架、成組動(dòng)作以及順序動(dòng)作等功能。