PLC在履帶行走式液壓支架電液控制中的實踐分析

張文煬 劉蜜樺 王東偉

摘要：文本將對履帶行走式液壓支架液壓系統的工作原理及PLC的概念和特點進行簡要闡述，并從硬件設計和軟件設計兩個層面分析PLC在履帶行走式液壓支架電液控制中的實踐應用形式，以期推動履帶行走式液壓支架的創新發展，為我國工業生產提供更有力保障。

關鍵詞：PLC;履帶行走式液壓支架;電液控制

科學技術的發展，使得智能化、自動化成為現代工程機械的必然發展趨勢。為了進一步提高履帶行走式液壓支架在工業生產中的工作效率，更好地滿足新時期人們對于履帶行走式液壓支架的功能性和穩定性要求，積極探究PLC在履帶行走式液壓支架電液控制中的實踐應用形式具有重要的實踐意義。

一、履帶行走式液壓支架液壓系統工作原理

（一）支護液壓系統工作原理

支護液壓系統工作時，若比例換向閥左側與系統連通，高壓油會流經單向閥進入到立柱下腔，而立柱上腔內的油體會回流至儲油箱。這時，液壓支架的活塞桿會伸出，使液壓支架頂梁與目標物體逐漸接觸，產生穩定的支撐力。通多調節支護液壓系統的溢流閥能夠設定相應的支撐力標準，當支撐力達到設定標準后，活塞桿便不會繼續伸出，從而達到穩定的支護狀態。若比例換向閥右側與系統連通，高壓油會進入到油缸上腔，當油壓達到油缸上腔壓力開啟預設值時，油體便會流經單向閥進入到儲油箱，此時，活塞桿會下落回收，頂梁與目標物體逐漸脫離直至液壓支架恢復初始狀態。若比例換向閥中間位置與系統連接，則系統內單向閥處于關閉狀態，可以實現立柱的定位[1]。

（二）行走液壓系統工作原理

行走液壓系統工作時，若比例電磁換向閥左側與系統連通，高壓油會在流經馬達再次返回儲油箱的過程中帶動馬達順時針旋轉，從而產生帶動履帶向前運動的驅動力。若比例電磁換向閥右側與系統連通，高壓油則會以相反的方向流經馬達、返回儲油箱，此時過程會帶動馬達逆時針旋轉，從而產生帶動履帶向后運動的驅動力。通過調節系統與比例電磁換向閥的連通位置，若左右履帶產生相同方向的驅動力，則液壓支架進行前進后后退;若左右履帶產生不同方向的驅動力，則液壓支架進行左、右轉彎[2]。

二、PLC概述及主要特點

PLC指的是可編程控制器，是一種以微處理器為載體，集成通信、自動控制、計算機等多種技術的自動控制裝置。現代化的PLC普遍具有PID回路調節、網絡通信、數據處理與計算、定時計數、邏輯判斷等強大功能，同時，還就有體積小、安裝維護方便、可編程等技術優勢，因此被廣泛應用于現代工業生產活動中，與機器人、CAD/CAM并稱為現代工業三大支柱技術[6]。

在現代工業生產活動中，PLC主要具備以下應用特點：（1）設備抗干擾能力強、可靠性高。其原因在于：PLC控制動作主要由無觸點的半導體電路完成，基本不會因觸電不良而影響運行穩定性;PLC內部各模塊均具備屏蔽措施，具有較強的抗輻射干擾能力;現代PLC普遍具有自診功能，可有效控制設備故障的破壞性;（2）I/O接口模塊豐富。豐富的I/O模塊使得PLC可接收、處理工業生產現場不同類型的信號，如電壓電流、強電弱電、交流直流、脈沖電位等。同時，能夠與工業生產現場不同設備或器件更好的銜接，如控制閥、電磁線圈、各類按鈕等;（3）結構模塊化設計。除單元式小型PLC外，大部分現代PLC都采用模塊化的結構設計形式，使得用戶可以根據實際需求自由調整PLC結構，以滿足多元化的使用需求[3]。

三、PLC在履帶行走式液壓支架電液控制中的實踐應用分析

（一）履帶行走式液壓支架電液控制系統PLC硬件結構設計

履帶行走式液壓支架電液控制系統硬件結構如圖所示，由電源模塊、信息采集模塊、PLC控制模塊、電磁驅動模塊、顯示模塊組成。其中PLC 控制模塊控制功能主要通過CAN總線結構來實現。當PLC通過I/O的輸入接口將支架工作數據信息采集上傳至上位機后，上位機會根據預設的編程指令對數據信息進行整理計算和分析判斷，然后發出相應的控制決策指令，指令通過I/O輸出端口傳遞至履帶行走式液壓支架相應的驅動模塊，從而實現對液壓支架油缸、支架單體等結構部件的自動化控制，驅動液壓支架完成行走、支護、卷纜等功能。由此可見，PLC控制模塊對于履帶行走式液壓支架的功能性具有決定性影響，因此在進行履帶行走式液壓支架電液控制系統PLC硬件結構設計時，務必要選擇質量可靠、運行穩定的元件或模塊，以此最大限度保障PLC控制模塊工作的穩定性與高效性，確保履帶行走式液壓支架具有良好的工作狀態[4]。

（二）履帶行走式液壓支架電液控制系統PLC軟件系統設計

履帶行走式液壓支架電液控制系統PLC軟件系統設計主要包含三個設計環節：（1）程序設計環節。現階段，履帶行走式液壓支架電液控制系統PLC軟件主要基于“組態王”軟件平臺進行設計，通過新編制組態軟件取代原始控制系統來實現相應的控制功能，并將PLC控制系統運行狀態顯示在計算機界面中。技術人員通過操作計算機上的仿真界面，將PLC控制程序與系統參數相聯系，從而進一步完成PLC控制程序的優化設計;（2）觸摸屏設計環節。首先建立觸摸屏與PLC軟件的通信聯系，從而在觸摸屏上顯著出PLC控制仿真操作界面。然后通過軟件編程，在觸屏界面中設置兩個功能模式：復位模式和自動循環模式。操作人員通過點觸觸摸屏上對應的按鍵，就能夠利用這兩個功能進行自動行走循環、自動支護循環、氣缸復位、液壓缸復位等控制功能;（3）動態分析環節。PLC軟件系統設計完畢后，利用MATLAB軟件建立液壓系統模型，對比例電磁閥動態特征等關鍵參數進行測試，以判斷PLC軟件系統的設計科學性與運行穩定性[5]。

結語：

綜上所述，在熟悉、掌握履帶行走式液壓支架液壓系統工作原理以及PLC概念與主要特征的基礎上，從硬件設計和軟件設計兩個方面入手，結合具體工業生產需求，做好PLC系統設計工作，使其與液壓系統緊密聯系，能夠顯著提升履帶行走式液壓支架的工作效率和運行穩定性，從而為現代工業生產提供更有力保障。

參考文獻：

[1]胡增強.液壓支架電液控制系統研究[J].機械管理開發，2021，36（09）：259-260.

[2]秦屹岱.基于PLC的液壓支架控制器的研究與設計[J].煤炭科技，2021，42（03）：57-60.

[3]張鑫磊.液壓支架電液控制系統的改造[J].機械管理開發，2021，36（02）：160-162.

[4]李亞飛.液壓支架電液控制系統的設計與調試[J].機械管理開發，2020，35（12）：227-228+252.

[5]郅富標.液壓支架跟機自動化控制技術分析[J].煤礦機械，2020，41（12）：81-84.

作者簡介：

第二作者：張文煬（1990年1月-）男，漢族，籍貫山東泰安寧陽縣，大學本科學歷，助理工程師，研究方向——礦山機械設計制造

第二作者：劉蜜樺（1994年12月-）女，漢族，籍貫山東棗莊薛城區，大學本科學歷

第三作者：王東偉（1989年4月-）男，漢族，籍貫遼寧朝陽建平縣大學本科學歷，工程師