基于PowerBuilder的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究

李志全

（柳林縣煤炭工業(yè)局， 山西 柳林 033300）

引言

目前，多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)所使用的液壓支護(hù)設(shè)備工作狀態(tài)的調(diào)整均需要井下工作人員根據(jù)綜采作業(yè)的實(shí)際狀況進(jìn)行人工調(diào)節(jié)和控制，綜采面高塵、高噪聲的工作環(huán)境給人工控制帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，造成液壓支架調(diào)整時(shí)進(jìn)度滯后、站位錯(cuò)誤等，給井下的生產(chǎn)安全造成了極大的隱患[1]，同時(shí)也嚴(yán)重影響了井下綜采作業(yè)的效率，因此迫切需要開發(fā)一種新的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)井下綜采作業(yè)情況自動(dòng)對(duì)液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，初步實(shí)現(xiàn)液壓支架工作的自動(dòng)化。

1 液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤礦井下綜采工作面的綜采要求和液壓支架的自動(dòng)調(diào)整的控制要求，基于PowerBuilder[2]的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該控制系統(tǒng)中由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)及液壓支架工作狀態(tài)的不間斷監(jiān)測(cè)，以該監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為對(duì)液壓支架工作情況進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)，監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)信息主要包括液壓支架支撐油缸的工作壓力、采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)的位置、液壓支架的閉鎖和急停的工作狀態(tài)及液壓支架的油缸行程等。該自動(dòng)控制系統(tǒng)中當(dāng)啟動(dòng)遠(yuǎn)程的點(diǎn)動(dòng)控制時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)將控制指令發(fā)送到液壓支架上設(shè)置的就地控制臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)命令執(zhí)行，當(dāng)在自動(dòng)控制模式下，系統(tǒng)根據(jù)液壓支架相對(duì)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的位置確定目前所處的工藝段位，根據(jù)所處的位置按邏輯控制程序自動(dòng)完成對(duì)液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，確保井下綜采面的支護(hù)安全。

圖1 液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

2 液壓支架電液控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

液壓支架的電液控制系統(tǒng)作為該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行單元，對(duì)確保液壓支架工作狀態(tài)調(diào)整的穩(wěn)定性具有重大意義。該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可通過(guò)電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、就地控制和遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 液壓支架電液控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

由圖2可知，在支架的電液控制系統(tǒng)中，集中控制器設(shè)置于綜采工作面的設(shè)備布置區(qū)域，該集控器主要用于連接遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)，就地控制系統(tǒng)直接安裝在液壓支架的操作平臺(tái)上，井下遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)接模塊設(shè)置于綜采面進(jìn)風(fēng)口處的巷道內(nèi)或者是電纜線槽的控制中心。當(dāng)井下工作人員需要現(xiàn)場(chǎng)對(duì)液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)直接利用就地控制系統(tǒng)即可完成，當(dāng)需要對(duì)液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制時(shí)，可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)和集控中心進(jìn)行，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制時(shí)主要依托于該電液控制系統(tǒng)的第三級(jí)控制結(jié)構(gòu)，根據(jù)采集到的各種監(jiān)測(cè)信息判斷液壓支架需要調(diào)整的工作狀態(tài)，控制液控系統(tǒng)的先導(dǎo)閥和電磁閥進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，帶動(dòng)液壓支架各液壓油缸等實(shí)現(xiàn)升降、推移、移架、噴霧等調(diào)整動(dòng)作。

3 液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程

作為該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的“感官”，液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于向集控器傳輸監(jiān)測(cè)指令，集控器在獲取特定的指令后命令各監(jiān)測(cè)單元獲取指導(dǎo)的數(shù)據(jù)信息，為了確保對(duì)液壓支架工作狀態(tài)調(diào)整的準(zhǔn)確性，監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)會(huì)定時(shí)發(fā)出各種設(shè)定的控制質(zhì)量，各監(jiān)控單元所返回的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是包括系統(tǒng)中所有液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和電控系統(tǒng)的各參數(shù)。系統(tǒng)在接收到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，會(huì)對(duì)返回?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷，若判斷返回的數(shù)據(jù)不是控制單元發(fā)生的對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果則系統(tǒng)會(huì)再一次發(fā)生控制指令，直到返回的數(shù)據(jù)參數(shù)符合系統(tǒng)要求。然后對(duì)返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)選處理并執(zhí)行CRC核驗(yàn)[3]，若數(shù)據(jù)未通過(guò)核驗(yàn)，系統(tǒng)將舍棄改組數(shù)據(jù)，同時(shí)要求集控器再一次返回特點(diǎn)的監(jiān)測(cè)信息，直到信息核驗(yàn)通過(guò)，當(dāng)通過(guò)后將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的數(shù)據(jù)控制中心進(jìn)行處理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷，得出液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)情況和需要進(jìn)行調(diào)整的數(shù)據(jù)，該液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3 液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程

4 液壓支架遠(yuǎn)程控制控制通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦井下綜采面工作環(huán)境和地質(zhì)情況比較復(fù)雜，巷道隨煤層分布不斷起伏，在開采過(guò)程中液壓支架需要不斷根據(jù)實(shí)際情況對(duì)支架的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，若在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制模式下無(wú)法調(diào)整到位則會(huì)影響綜采工作面的有序生產(chǎn)，因此需要設(shè)置一種能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像使工作人員在地面工作中心即可完成對(duì)液壓支架的工作狀態(tài)進(jìn)行微調(diào)的模式，即遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制模式，該模式能夠代替現(xiàn)場(chǎng)處理人員執(zhí)行井下的高危作業(yè)，提高工作效率。

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)為液壓支架電液控制系統(tǒng)的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為了確保對(duì)數(shù)據(jù)信息采集和信息傳遞的精確性采用現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，在該點(diǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)中，綜合考慮后選擇了主從方式的數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)，將遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)置為主機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場(chǎng)的集中控制系統(tǒng)設(shè)置為從站網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)主站網(wǎng)絡(luò)發(fā)出控制指令后從站網(wǎng)絡(luò)先接收系統(tǒng)的控制信號(hào)并執(zhí)行主站控制信息指令，從站控制系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)直接的通訊時(shí)選擇集控器為主機(jī)，各就地控制器為從機(jī)，個(gè)就地控制器接受到主站發(fā)送的控制指令后首先判斷該指令是否是針對(duì)本機(jī)，然后決定是否執(zhí)行[4]，利用該三級(jí)控制結(jié)構(gòu)中的兩組“主從”控制方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的分層控制與傳遞，確保了信息傳遞的準(zhǔn)確性，其數(shù)據(jù)通訊原理如圖4所示。

圖4 液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊原理

5 結(jié)論

基于PowerBuilder的液壓支架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所采用的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程點(diǎn)動(dòng)控制、就地控制三種控制模式靈活性強(qiáng)，可靠性高，大幅提高了井下工作面液壓支架的自動(dòng)化程度和狀態(tài)調(diào)整的精確性。