基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究

張少鵬

摘 要：煤炭開采離不開各種機(jī)械設(shè)備的支持，液壓支架就是至關(guān)重要的設(shè)備，它安裝在整個(gè)綜采工作面上，與采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)配合，進(jìn)行煤炭資源的開采。液壓支架可以實(shí)現(xiàn)支撐、切割、自動(dòng)移動(dòng)等動(dòng)作，防止頂板脫落，為綜合采礦作業(yè)提供工作空間，降低了工作難度，確保人員以及設(shè)備的安全。液壓支架的動(dòng)作由電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，其自動(dòng)化程度和可靠性對(duì)整個(gè)綜采工作面的生產(chǎn)效率有很大影響。PLC技術(shù)作為一種先進(jìn)的技術(shù)，將其應(yīng)用到液壓支架電液控制系統(tǒng)中，可大幅度提升其自動(dòng)化程度以及可靠性。就此，本文研究基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù) 液壓支架 電液控制系統(tǒng) 系統(tǒng)研究

中圖分類號(hào)：TD355.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（a）-0082-02

1 PLC的介紹

PLC（Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，PLC是一種電子系統(tǒng)，可以用于數(shù)字操作，其利用可編程存儲(chǔ)器，可以在其內(nèi)部執(zhí)行多種控制，如順序控制、邏輯運(yùn)算定時(shí)、計(jì)數(shù)等，有著極強(qiáng)的自動(dòng)化程度。在利用PLC技術(shù)時(shí)，使用人員只需要發(fā)布相關(guān)指令，各種機(jī)器的生產(chǎn)運(yùn)行就會(huì)有數(shù)字或模擬式進(jìn)行輸入、輸出的控制。PLC的研發(fā)及應(yīng)用主要是為了工業(yè)化生產(chǎn)，工業(yè)化生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜、多變，為了提升工業(yè)生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)安全，必須加強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。當(dāng)前，隨著PLC技術(shù)的研究與應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)位置控制、溫度控制等。其工作過(guò)程可分為四個(gè)階段：（1）內(nèi)部處理階段：主要執(zhí)行可編程控制器的檢查，檢查內(nèi)容包括內(nèi)部硬件的功能和正常操作。同時(shí)，可以重置監(jiān)視計(jì)時(shí)器。（2）通信服務(wù)階段：控制器需要與其他智能設(shè)備通信，以響應(yīng)程序員輸入的命令并更新其顯示內(nèi)容。（3）輸入/輸出處理階段：控制器將所有外部輸入電路的開關(guān)狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。（4）程序執(zhí)行階段：輸入映像寄存器的狀態(tài)通常不隨外部輸入信號(hào)的變化而變化。因此，當(dāng)輸入信號(hào)改變時(shí)，只能在下一掃描周期的輸入處理階段讀取新的狀態(tài)。

煤炭資源的開采已越來(lái)越依賴自動(dòng)化技術(shù)，在煤炭資源的開采中，液壓支架對(duì)于綜采工作來(lái)說(shuō)有著重要的作用，可以確保煤炭資源的有效開采，為了進(jìn)一步提升液壓支架電液控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，就要將其與PLC技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，充分利用PLC技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)自身自動(dòng)化水平的進(jìn)一步提升，進(jìn)一步提升煤炭資源的開采效率，確保開采安全。同時(shí)，也要在運(yùn)行過(guò)程中不斷優(yōu)化、完善，不斷更新、升級(jí)，更好地應(yīng)對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的煤炭開采環(huán)境，滿足煤炭開采需求。

2 基于PLC的液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)的單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在采煤地下綜采工作面中，有一個(gè)綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)，其是由多個(gè)單體液壓支架組成的系統(tǒng)，每個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)在該系統(tǒng)中是完全一致的，單個(gè)液壓支架電液控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知，電液控制系統(tǒng)的單體結(jié)構(gòu)由諸多模塊構(gòu)成，如控制塊、信息獲取模塊等。其中控制模塊和信息獲取模塊是系統(tǒng)的核心單元。前者主要負(fù)責(zé)發(fā)出控制命令，后者主要負(fù)責(zé)收集液壓支架的運(yùn)行狀態(tài)信息。在信息模塊中，壓力傳感器被設(shè)置于液壓支撐柱的壓力測(cè)量孔上，負(fù)責(zé)收集支撐柱上液壓油缸內(nèi)的工作壓力，在推移油缸上端設(shè)置位移傳感器，負(fù)責(zé)測(cè)量位移情況。控制模塊接收到來(lái)自信息獲取模塊收集到的液壓支架運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)。系統(tǒng)利用設(shè)置在采煤機(jī)制定位置上的紅外發(fā)射裝置和設(shè)置在液壓支架裝置下的紅外接收裝置來(lái)判斷采煤機(jī)和液壓支架的相對(duì)位置，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)控制。

綜采工作面電液控制系統(tǒng)是由控制閥組成的，控制閥一共有12組。在電磁先導(dǎo)閥的控制下，可以控制每個(gè)液壓支架液壓缸，不僅統(tǒng)一了控制，也統(tǒng)一了動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架動(dòng)作的精準(zhǔn)控制，控制可以利用數(shù)據(jù)信息獲取模塊采集到的數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)作為控制液壓缸運(yùn)行的基本信息。電源模塊需要采用每組5個(gè)控制器的雙路直流電源供電系統(tǒng)，這樣不僅能保證控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的穩(wěn)定性，還保證了控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的連續(xù)性。在在該控制系統(tǒng)中，液壓支架液壓缸的活塞桿端部的負(fù)載在不同工況下是有很大區(qū)別的，液壓缸工作時(shí)的最大負(fù)載是35MPa，必須要控制好這個(gè)負(fù)載，將其控制在這一范圍內(nèi)。

2.2 液壓支架電液控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硬件結(jié)構(gòu)以PLC為核心，有位移傳感器、壓力傳感器、紅外接收器、接口RS485、CAN接口、驅(qū)動(dòng)隔離、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、聲光報(bào)警裝置等等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，該結(jié)構(gòu)通過(guò)CAN總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同液壓支架單體之間數(shù)據(jù)的傳輸以及交換。當(dāng)上位機(jī)接收到來(lái)自控制器數(shù)據(jù)獲取模塊采集到的數(shù)據(jù)信息后，上位機(jī)根據(jù)程序指令和電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁先導(dǎo)閥的開口狀態(tài)控制主閥的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)液壓支架控制油缸的控制，實(shí)現(xiàn)了支架單體，組成控制和每個(gè)支架單體單元的聯(lián)動(dòng)控制。在液壓支架組的控制過(guò)程中，系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制過(guò)程的閉環(huán)控制。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行工作時(shí)，采煤機(jī)的工作運(yùn)行狀態(tài)會(huì)影響液壓支架的工作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)量，采煤機(jī)液壓支架的工作狀態(tài)受到了工作位置的嚴(yán)重影響，有著決定性的作用。并且，在采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓支架前進(jìn)的推進(jìn)速度也受到了來(lái)自采煤機(jī)牽引速度的影響，決定了前進(jìn)速度的快慢。液壓支架移動(dòng)時(shí)的速度也受到了來(lái)自液壓支架支撐模式的決定性影響。為了滿足液壓支架快速支撐、快速移動(dòng)、快速拆卸的要求，該支撐方法有著諸多優(yōu)勢(shì)，如頂板暴露的時(shí)間短，梁端的距離小，操作步驟很少，運(yùn)行速度也非常快。

2.3 液壓支架順序聯(lián)動(dòng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)開始，收到升柱指令后，系統(tǒng)應(yīng)答，2s報(bào)警延時(shí)后，報(bào)警關(guān)閉，開啟降架電磁閥，對(duì)立柱壓力和行程量進(jìn)行讀取，達(dá)不到要求再回到前一步操作，達(dá)到要求，位于降柱上的電磁閥閉合，系統(tǒng)控制打開控制液壓支架移架的電磁閥，對(duì)立柱壓力和行程量進(jìn)行讀取，達(dá)不到要求再回到前一步操作，達(dá)到要求，移架電磁換向閥閉合，升柱電磁閥打開，控制液壓支架緩慢上升，直到達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)定值，從而完成整個(gè)降移升循環(huán)控制過(guò)程。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將PLC技術(shù)應(yīng)用到液壓支架電液控制系統(tǒng)中，可以極大地提升液壓支架聯(lián)合運(yùn)動(dòng)控制的自動(dòng)化程度，使得精準(zhǔn)性也得到了大幅度的提升，降低了液壓支架狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間，使液壓支架組的工作更加快速、高效、可靠。對(duì)于井下綜采區(qū)的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，滿足了其對(duì)于安全生產(chǎn)的需要，值得推廣、應(yīng)用。

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