王逢春

（太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)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(fù)雜煤層開(kāi)采的機(jī)械化與自動(dòng)化，提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。通過(guò)電液控制系統(tǒng)可以聯(lián)動(dòng)采煤機(jī)與刮板運(yùn)輸機(jī)，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(yuǎn)程控制功能，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，更好地實(shí)現(xiàn)了煤層開(kāi)采的自動(dòng)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(dòng)工作面，并在煤層采過(guò)之后前移支護(hù)，保證刮板輸送機(jī)的平直運(yùn)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(qiáng)度，提高采煤工作效率。同時(shí)，液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人開(kāi)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(shí)際方案，對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行選型，指出了技術(shù)指標(biāo)，在明確電液控制系統(tǒng)運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，提出了整體的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)在煤礦廣泛應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息化與自動(dòng)化發(fā)展。通過(guò)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(shí)現(xiàn)了無(wú)人化遠(yuǎn)程自動(dòng)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(diǎn)

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(jì)算機(jī)、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(jì)算機(jī)的抗干擾能力較強(qiáng)；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(jī)構(gòu)便是電液閥[2]。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)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(yùn)算速度較快，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓支架、采煤機(jī)以及輸送機(jī)的運(yùn)行情況。通過(guò)顯示器可以直觀了解井下開(kāi)采的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將其與實(shí)際情況進(jìn)行比較，利用遠(yuǎn)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(jìn)行防治。而通過(guò)引入電液控制系統(tǒng)，可以以計(jì)算機(jī)為中心控制整個(gè)開(kāi)采系統(tǒng)，減輕了開(kāi)采人員的工作強(qiáng)度，并保證了開(kāi)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(jì)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(shí)，應(yīng)保證操作控制的嚴(yán)格性，在單片機(jī)控制過(guò)程中中斷請(qǐng)求信號(hào)，識(shí)別被控單元?jiǎng)幼髦噶?、單元編組方式以及單元編碼地址等信息，在指令的識(shí)別完成后保證控制單元有效運(yùn)行[4]。通過(guò)使用單片機(jī)還可以命令電磁鐵，以驅(qū)動(dòng)電路傳輸指令，改善系統(tǒng)的運(yùn)行模式。本系統(tǒng)軟甲功能復(fù)雜，涉及較多的命令模塊，且每個(gè)模塊的作用均不可小覷[5]。

2.2 系統(tǒng)硬件分析

煤礦開(kāi)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(guò)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(jī)支架運(yùn)行時(shí)應(yīng)配備子控機(jī)系統(tǒng)，保證電液支架的正常運(yùn)行，以便在檢測(cè)不正常情況后及時(shí)報(bào)警，形成多元化的電液控制子系統(tǒng)。為了確保系統(tǒng)的運(yùn)行效率，主控機(jī)與子控機(jī)之間總線應(yīng)正確串聯(lián)，且在子系統(tǒng)控制開(kāi)始工作時(shí)，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)控制工作[6]：

（1）子系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)與煤礦實(shí)際開(kāi)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(yùn)行期間，應(yīng)利用子系統(tǒng)操作信號(hào)，發(fā)出指令，保證每個(gè)液壓支架的實(shí)施效果；

（3）保證整個(gè)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(yùn)行系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)；

（4）機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障后，應(yīng)利用子系統(tǒng)進(jìn)行輔助診斷檢測(cè)，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(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)基本功能

一是鄰架單動(dòng)作控制，利用左右鄰架單獨(dú)控制支架，實(shí)現(xiàn)單動(dòng)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(dòng)移架控制，根據(jù)既定的控制流程，自動(dòng)控制支架的升、降、移。四是成組支架動(dòng)作控制，可以保證自動(dòng)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(yùn)行情況確定初撐力，并將支架自動(dòng)補(bǔ)液系統(tǒng)設(shè)置于開(kāi)采工作面，在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓支架補(bǔ)液壓力閥值，以動(dòng)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(shí)現(xiàn)單動(dòng)作與組合動(dòng)作的有效控制，其中單動(dòng)作包括伸縮護(hù)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(gè)單動(dòng)作進(jìn)行有效組合，實(shí)現(xiàn)持續(xù)動(dòng)作。支架控制主要利用架底本身調(diào)試方法實(shí)現(xiàn)，可以利用控制按鈕完成控制與選擇，或者利用菜單進(jìn)行鄰架控制。同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)基本功能后，還應(yīng)合理顯示采煤機(jī)運(yùn)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(shí)通過(guò)控制器上的急停按鈕中止系統(tǒng)的運(yùn)行[8]。

3.3 電液控主機(jī)功能

軟件與硬件均屬于電液控主機(jī)的組成部分，具體包括電源模塊、輸入輸出設(shè)備、存儲(chǔ)模塊、通訊模塊以及控制模塊等，其設(shè)計(jì)符合可擴(kuò)展性、防護(hù)性以及兼容性特點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)電液控主機(jī)功能時(shí)應(yīng)利用軟件實(shí)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(jī)與遠(yuǎn)程控制液壓支架。同時(shí)，利用系統(tǒng)的故障在線診斷功能可以自動(dòng)識(shí)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(yuǎn)程自動(dòng)編址、參數(shù)配置以及程序更新等動(dòng)作，與井上主控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。在電液控主機(jī)上位機(jī)軟件中，監(jiān)測(cè)功能屬于典型功能，可以實(shí)時(shí)顯示采煤機(jī)的運(yùn)行方向、運(yùn)行位置以及支架的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)、電源電壓信號(hào)等信息，以圖形模式顯示每個(gè)支架的推移行程、紅外電壓以及支柱壓力等信號(hào)。除此之外，利用LED雙色燈可以顯示自動(dòng)升架、降架、自動(dòng)補(bǔ)壓、自動(dòng)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(xì)的錯(cuò)誤信息，并在手動(dòng)導(dǎo)入、導(dǎo)出主機(jī)監(jiān)控參數(shù)后，合理分析數(shù)據(jù)情況。作為電液主控機(jī)的基本功能，通過(guò)數(shù)據(jù)分析與遠(yuǎn)程控制，可以幫助采煤人員了解工作面的自動(dòng)化狀態(tài)、支架動(dòng)作信息以及液壓?jiǎn)栴}等，分析采煤機(jī)運(yùn)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(dòng)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(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至電液主控機(jī)，完成井上與井下的同步監(jiān)測(cè)。需要注意的是，在電液控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)過(guò)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(shí)，在子系統(tǒng)的控制工作中，工作人員還應(yīng)注重各個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以保證液壓支架的實(shí)施效果。為了保證整個(gè)控制系統(tǒng)性能的完整性與合理性，在子系統(tǒng)控制過(guò)程中，工作人員還應(yīng)利用子系統(tǒng)完成輔助診斷檢測(cè)，保證監(jiān)控效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(jì)方案。同時(shí)，還結(jié)合實(shí)際開(kāi)采情況，設(shè)計(jì)了各個(gè)子模塊的軟硬件，并完成了模塊化調(diào)試。通過(guò)測(cè)試可知，軟件設(shè)計(jì)穩(wěn)定，具備一定的實(shí)時(shí)性與可維護(hù)性，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。對(duì)此，煤礦企業(yè)應(yīng)在開(kāi)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(jì)效益與社會(huì)效益。