綜采工作面液壓支架集控系統設計研究

侯 磊

（山西蘭花科技創業股份有限公司伯方煤礦，山西 晉城 048000）

引言

隨著煤炭工業的迅猛發展，對煤礦井下機械的自動化要求也越來越高，綜采工作面的自動化集約控制是實現高產高效生產的一個重要方面。我國井下液壓支架控制主要集中在成組和手動控制上，液壓支架的自動控制技術目前還需要進一步研究完善。因為現階段我國的國產液壓支架控制系統在應用過程中仍存在系統不穩定、自動化程度不高、適應性不強等現象，不能滿足我國煤礦開采地質條件比較復雜的要求，所以沒有在全國范圍內推廣使用。目前國內井下主要采用國外進口的綜采工作面液壓支架控制系統，但由于價格昂貴制約著我國井下高產高效工作面的普及和發展［1］。井下無人值守綜采工作面實現的關鍵是液壓支架集控系統，該系統是實現煤炭生產高產高效的核心。所以，研究開發綜采工作面液壓支架集控系統對于我國煤礦機械化的發展是極具價值的［2］。

1 液壓支架集中控制系統

1.1 組成結構

該液壓集成控制系統是以雙RS485總線為基礎，由頂板壓力、位移傳感器、支架間距、端頭控制器、紅外接收器及本安型計算機組成的一種多機通信網絡，如圖1所示。

圖1 綜采工作面液壓支架集控系統結構

綜采工作面液壓支架集控系統的基礎是間架控制器。它不僅可以將液壓支架運行狀態與采煤機的位置通過紅外傳感器、位移傳感器和壓力傳感器采集并傳輸到端頭控制器，而且還可以對液壓支架實現成組控制和鄰架控制。

端頭控制器安裝在工作面的兩端，在作業過程中，有兩條RS485總線進行工作，一條RS485總線主要負責對工作面每架支架作業過程中的各種參數及采煤機的運行位置進行連續監測，并將信息實時傳送給計算機進行分析，及時為工作面正常運行提供保障；另一條RS485總線通過對收集到的參數進行分析，確定工作面采煤機的實時位置，并通過總線將命令傳遞給液壓支架架間控制器，從而達到控制液壓支架與采煤機相互配合作業的目的，完成工作面的自動化作業，降低人員的勞動強度。工作面自動控制系統的防爆計算機安裝在工作面巷道控制硐室內，防爆計算機可以對端頭控制器收集過來的液壓支架工作狀態參數實時顯示。

1.2 端頭控制器

在工作面液壓支架集控系統中，端頭控制器需要對液壓支架的各項狀態參數進行收集，同時還需要對支架的各項運行狀態進行控制。由于單個CPU不能實現連續性檢測控制，因此該控制器采用雙CPU的設計方案。其中，巡檢CPU的作用是收集工作面的各項參數，主控CPU通過接收計算機發出的各種命令及巡檢CPU所收集的采煤機作業位置的各種參數，并對工作面支架實現自動化控制，所用CPU均由SPI接口進行連接且進行數據傳輸。兩個CPU可以同時與間架控制器實現通信，通過SPI口實現數據共享，提高集控系統的高效率運行，端頭控制器示意圖如圖2所示。

圖2 端頭控制器連接示意圖

1.3 集控通信設計

由于煤礦工作面作業環境差、煤塵大、濕度大、干擾電磁能力強，因此通訊系統必須有較強的抗電磁干擾能力，在設計中選用RS485通信系統，通過工業應用實踐表明：此系統抵抗電磁干擾的能力強，適應煤礦井下的惡劣作業環境，連接示意圖如圖3所示。該系統選用MAX3088芯片，芯片通信節點多，通信效率高，通信可靠。通過光電耦合器將CPU的信號與通信的電路進行隔離，既可以對CPU進行保護，又可以順利實現通訊系統與CPU兩者之間的電平轉換。設計中使用Modbus通信協議，使得端頭控制器與液壓支架架間控制器聯系起來組成多機通訊網絡。

圖3 通信接口設計結構

2 液壓支架集中控制模型建立

液壓支架集中控制就是通過采煤機的紅外線位置信號及運行位置，對相應的工作面液壓支架發出命令，配合采煤機進行割煤，從而完成整個循環作業，如圖4所示。

圖4 液壓支架集中控制模型

3 集中控制軟件設計及結果分析

在該控制系統運行過程中，端頭控制器接收計算機發出的集控指令、采煤機位置參數及支架的各種工作參數進行檢測，并將數據傳輸到計算機上用于判斷支架的工作運行參數是否符合要求，經計算機判斷后，若各種參數正常，則向間架控制器發出命令，配合采煤機割煤。若判斷液壓支架發生故障，則迅速發出信號，且將液壓支架的故障信息顯示到控制系統的顯示屏上，以便安排維修人員進行維修作業。計算機指令及端頭控制流程如圖5、下頁圖6所示。

圖5 防爆計算機向端頭控制器發送集控指令流程

4 結語

圖6 端頭控制器集控流程

通過對綜采工作面液壓支架集控要求分析，根據工作面生產工藝流程，提出綜采工作面液壓支架集控策略，設計液壓支架集控系統，該系統能夠實時準確的集中控制液壓支架，對實現高產高效綜采工作面具有重大意義。

［1］ 李磊，宋建成，田慕琴，等.基于DSP和RS485總線的液壓支架電液控制通信系統的設計［J］.煤炭學報，2010，35（4）：701－704.

［2］ 李文華.一種液壓支架端頭控制器通訊系統的設計［J］電氣傳動，2010，40（9）：58－61.

［3］ 陳特效，袁雄兵，龔志鵬，等.基于MVB的機車邏輯控制單元［J］.計算機測量與控制，2008，16（7）：976－979.