煤礦液壓支架電液控制系統應用探析

王逢春

（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司，太原 030006）

0 引言

煤礦液壓電液控制系統的研究具備十分重要的意義，可以保證復雜煤層開采的機械化與自動化，提高經濟效益與社會效益。通過電液控制系統可以聯動采煤機與刮板運輸機，轉變了以往傳統的采煤方式，且電液控制系統也具備遠程控制功能，可以實現無人值守，更好地實現了煤層開采的自動化。在采煤工作面應用液壓電液控制系統，可以整體垂直移動工作面，并在煤層采過之后前移支護，保證刮板輸送機的平直運輸，且液壓支架的使用還可以改善煤礦工人的工作環境，降低工作強度，提高采煤工作效率。同時，液壓支架電液控制系統實現了無人開采，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的組成部分，提出了軟件與硬件實際方案，對重要設備進行選型，指出了技術指標，在明確電液控制系統運行原理的基礎上，提出了整體的設計方案。通過在煤礦廣泛應用液壓支架電液控制系統，實現了信息化與自動化發展。通過借助電液控制系統，液壓支架可以得到靈活控制，且合并采用信息技術也減少了煤礦井下作業人員的數量，實現了無人化遠程自動管理[1]。為了更好地應用液壓支架控制系統，相關工作人員還應深入研究電液控制模式，在此基礎上引用新工藝與新技術，從而保證電液控制系統獲得良好的應用效果。

1 煤礦液壓支架電液控制系統組成與特點

1.1 系統組成

煤礦液壓電液控制系統主要包括地面主控計算機、數據傳輸網絡以及液壓支架電液控制器等組成部分，其中主控計算機的抗干擾能力較強；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，且最終的系統執行機構便是電液閥[2]。

1.2 系統特點

計算機屬于煤礦液壓支架電液控制系統的核心組成部分，需要處理較多信息量，且運算速度較快，可以實時監測液壓支架、采煤機以及輸送機的運行情況。通過顯示器可以直觀了解井下開采的實時數據，將其與實際情況進行比較，利用遠程操作控制液壓支架，完成修改與設定。以往人工操作控制閥系統比較傳統，支架立柱需要利用密封圈進行防治。而通過引入電液控制系統，可以以計算機為中心控制整個開采系統，減輕了開采人員的工作強度，并保證了開采安全性，大幅度提升了煤礦生產安全系統的效率[3]。

2 煤礦液壓支架電液控制系統軟、硬件設計分析

2.1 系統軟件分析

不同設備控制模式下，其指令也存在較大差異，在使用系統軟件時，應保證操作控制的嚴格性，在單片機控制過程中中斷請求信號，識別被控單元動作指令、單元編組方式以及單元編碼地址等信息，在指令的識別完成后保證控制單元有效運行[4]。通過使用單片機還可以命令電磁鐵，以驅動電路傳輸指令，改善系統的運行模式。本系統軟甲功能復雜，涉及較多的命令模塊，且每個模塊的作用均不可小覷[5]。

2.2 系統硬件分析

煤礦開采期間還具備更多必要的硬件設備，工作人員應結合操作過程連接，利用總線結構布置控制系統，充分發揮系統結構的優越性。在采煤機支架運行時應配備子控機系統，保證電液支架的正常運行，以便在檢測不正常情況后及時報警，形成多元化的電液控制子系統。為了確保系統的運行效率，主控機與子控機之間總線應正確串聯，且在子系統控制開始工作時，應做好以下幾點控制工作[6]：

（1）子系統功能的實現應與煤礦實際開采情況相符合，以便更好地控制采煤支架，滿足多元化的操作需求；

（2）在運行期間，應利用子系統操作信號，發出指令，保證每個液壓支架的實施效果；

（3）保證整個系統與子系統之間形成協調關系，在子控制系統發出命令后，才可以正常運行系統的各個環節；

（4）機械設備發生故障后，應利用子系統進行輔助診斷檢測，保證電液控制系統的完整性。具體而言，液壓支架電液控制系統的硬件組成部分如表1所示。

表1 液壓支架電液控制系統硬件部分

3 煤礦液壓支架電液控制系統功能實現

3.1 系統基本功能

一是鄰架單動作控制，利用左右鄰架單獨控制支架，實現單動作控制，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。三是單架自動移架控制，根據既定的控制流程，自動控制支架的升、降、移。四是成組支架動作控制，可以保證自動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，根據液壓支架的運行情況確定初撐力，并將支架自動補液系統設置于開采工作面，在一定范圍內自動調節液壓支架補液壓力閥值，以動態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。期間應合理劃分工作面支架，實現單動作與組合動作的有效控制，其中單動作包括伸縮護幫板、抬底、推溜、移架、降柱和升柱等方面，利用按鍵或菜單將幾個單動作進行有效組合，實現持續動作。支架控制主要利用架底本身調試方法實現，可以利用控制按鈕完成控制與選擇，或者利用菜單進行鄰架控制。同時，在實現基本功能后，還應合理顯示采煤機運行參數與支架位置等信息，一旦發生故障，工作人員可以及時通過控制器上的急停按鈕中止系統的運行[8]。

3.3 電液控主機功能

軟件與硬件均屬于電液控主機的組成部分，具體包括電源模塊、輸入輸出設備、存儲模塊、通訊模塊以及控制模塊等，其設計符合可擴展性、防護性以及兼容性特點。在實現電液控主機功能時應利用軟件實現，在特殊應用環境中應用嵌入式操作系統，以此為依據保留需要模塊，跟機與遠程控制液壓支架。同時，利用系統的故障在線診斷功能可以自動識別液壓支架電液控制系統中傳感器故障與網絡狀態故障，并完成遠程自動編址、參數配置以及程序更新等動作，與井上主控計算機實現通信。在電液控主機上位機軟件中，監測功能屬于典型功能，可以實時顯示采煤機的運行方向、運行位置以及支架的驅動狀態、電源電壓信號等信息，以圖形模式顯示每個支架的推移行程、紅外電壓以及支柱壓力等信號。除此之外，利用LED雙色燈可以顯示自動升架、降架、自動補壓、自動推溜、鄰架通信以及CAN通信的基本情況，在狀態欄中顯示詳細的錯誤信息，并在手動導入、導出主機監控參數后，合理分析數據情況。作為電液主控機的基本功能，通過數據分析與遠程控制，可以幫助采煤人員了解工作面的自動化狀態、支架動作信息以及液壓問題等，分析采煤機運行軌跡與礦壓分布情況，顯示液壓支架控制器的急停狀態、通信狀態、驅動器狀態等，并在順槽監控中心集中修改工作面采煤工藝與參數，顯示工作面液壓支架的基本姿態，再將監測數據發送至電液主控機，完成井上與井下的同步監測。需要注意的是，在電液控制系統的監測過程中，應為不同用戶設定不同權限，以保證系統的控制與調控效果。

3.4 子系統控制工作

子控制系統在煤礦液壓支架電液控制系統中占據十分關鍵的作用，期間工作人員應注重采煤支架的控制效果，以滿足多元化的操作要求。同時，在子系統的控制工作中，工作人員還應注重各個控制系統的運行情況，以保證液壓支架的實施效果。為了保證整個控制系統性能的完整性與合理性，在子系統控制過程中，工作人員還應利用子系統完成輔助診斷檢測，保證監控效果。

4 結束語

隨著社會經濟的穩步提升，液壓支架電液控制系統的應用也得到了廣泛重視。本文分析了煤礦液壓支架電液系統的結構組成及工作原理，確定了電液控制系統軟件及硬件的設計方案。同時，還結合實際開采情況，設計了各個子模塊的軟硬件，并完成了模塊化調試。通過測試可知，軟件設計穩定，具備一定的實時性與可維護性，且系統結構穩定可靠。對此，煤礦企業應在開采期間合理采用液壓支架電液控制系統，以贏得更多的經濟效益與社會效益。