談液壓支架電液控制系統設計
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摘要：支架作為礦井生產中不可或缺的關鍵設備，其運行質量對礦井生產綜合效益有重要影響，而現有的支架控制方式存在精準度低、聯動性差、動作滯后等不足。針對這些不足，研究提出了一種基于PLC技術的液壓支架電控系統，并對該系統的單體結構設計、配套硬件設計和操作系統軟件設計等進行全面的總結分析，希望能夠為其他礦井相似工程的開展提供借鑒與參考。
長期以來，煤炭作為中國社會經濟持續發展的基礎性能源，被各行各業廣泛使用，并將在未來很長一段時間內繼續作為中國能源的關鍵基礎[1]。為了滿足國家發展對煤炭的需求，推動煤炭生產所需各類設備的不斷升級勢在必行。其中，井下液壓支架作為煤炭作業中不可或缺的支護設備，分布于整個綜采作業面，并與井下采煤機和刮板運輸機實行聯動控制。但現階段井下所用液壓支架存在精準度差、動作滯后、聯動性不足等問題，對井下作業效率的全面發揮有一定的負面影響。有鑒于此，開展針對井下液壓支架控制系統的優化研究，提升作業自動化水平，對于礦井的長久發展意義重大。
1液壓支架電液控制系統單體結構設計
對于井下綜采作業而言，其作業面的液壓支架電液控制系統是對作業面多個單體液壓支架的綜合控制，所有支架控制過程是完全相同的[2-3]，圖1即為單支架電液控制系統結構示意圖。分析圖1可知，單個支架的液壓控制系統囊括有控制模塊、信息采集模塊、顯示模塊和電源模塊等，其中，控制模塊負責信息指令的；信息采集模塊負責設備運行狀態信息的收集，屬于整個控制系統的核心組件。在信息采集中，壓力傳感裝置布設于支架立柱測壓孔處，用于實時測定立柱液壓油缸內的作業壓力；位移傳感裝置布設于推移液壓油缸的上部，用于測定液壓油缸的位移狀況。作業時，信息采集模塊將所采集數據信息傳遞至控制模塊，并結合布設于采煤機特定位置的紅外發生裝置和液壓支架控制設備下的紅外接收裝置，實現對采煤機和液壓支架相對位置的判定，以確保跟機作業真正實現自動化。完整的綜采電液控制系統共包含各類控制閥12組，在電磁先導閥作用下實現對各支架動作的有效控制，確保整個作業面控制的統一性[4-5]。系統的控制功能基于信息采集模塊所收集到的數字信號開展，從而實現對支架動作的精準操控。為了保障整個系統運行的穩定性和連續性，電源模塊所用供電系統為每組5個控制器的雙路直流電源，圖2即為電液控制系統液壓作業原理示意圖。在整個系統中，面對不同工況，支架液壓缸活塞桿端部載荷是存在差異的，但載荷最大值不超過3MPa。
2系統硬件設計分析
圖3為液壓支架電液控制系統硬件結構示意圖。相較于以往的支架控制系統，電液控制系統在單體支架控制系統的基礎上增設了電磁驅動裝置，單臺支架的控制系統包含控制模塊、顯示模塊、信息采集模塊、電源模塊和驅動模塊等。整個系統的核心組件為可編程控制器，系統內部各單元間的數據交互依托CAN總線結構達成。當控制器將數據采集模塊所采集到的信息上傳至上位機后，上位機結合系統指令與電流信號實現對電磁先導閥開合的控制，進而達成對支架油缸的操控，實現支架單體單元、組成控制等的聯動操控。在控制液壓支架群組時，系統通過CAN總線實現對全過程的閉環控制。結合實踐經驗，該系統作業時支架動作速度、動作量和動作耗時全部與采煤機的運行效果息息相關，這說明采煤機作業位置對支架狀態有著直接影響。因此，采煤機的牽引速度對支架前進速度也有直接影響。此外，液壓支架支護方式同樣對支架移動有明顯的影響。為了確保支架作業能夠滿足快速支護、移動和收撤作業的要求，運用所設計的系統能夠優化支架控制流程，精簡操作工序，從而實現快速移動的目標。
3支架順序聯動軟件設計分析
作業時，作業面單個液壓支架的順序聯動需借助控制系統的智能控制方能完成[6]。結合實際生產需求，單個液壓支架需在10s內實現連續動作。可以說，單個液壓支架順序聯動的質量關鍵在于能不能在規定時間內實現規定動作。在所設計的控制方案中，操作人員只需通過操控界面選定所需操控的支架，支架便可進入自動控制模式。隨著系統聯合動作按鈕的閉合，系統開始運行，控制器操控動作機構執行相應動作，并向各需動作支架提供一個預動作信號且延時2s后關閉提醒。這時，支架配設的各類感應裝置開始采集支架作業信號，同時支架活塞桿開始下降。當其下降至指定位置后，架柱電磁閥關閉，并同步開啟支架移動電磁閥，支架開始進行移架并在移至指定位置后關閉移架電磁閥，隨后再次開啟升降電磁閥，控制支架恢復至指定支護數值，從而完成完整的支架循環。圖4即為支架順序聯動控制流程示意圖，其中，Y代表指令檢驗通過，N代表指令檢驗沒通過。
4結語
液壓支架作為礦井生產安全防護中不可或缺的關鍵設備，其作業質量對礦井生產綜合效益有直接影響。在實際生產中，積極組織專業技術人員，將PLC技術應用到液壓支架控制系統中，構建自動化的液壓支架電液控制系統，實現支架液壓聯合控制精準度和自動化程度的顯著提升，不僅可以大幅縮短支架狀態轉換所耗時間，還能夠極大地提高液壓支架的作業效率和作業可靠性，從而為綜采作業面生產的持續安全開展提供堅實保障。
參考文獻：
［1］鄭俊鵬.綜采液壓支架電液控制系統應用研究［J］.當代化工研究，2019(13)：92-93.
［2］程建斌.綜采液壓支架電液控制系統應用研究［J］.江西化工，2019(5)：161-163.
［3］昝磊，張肖偉，劉永平.SAC型液壓支架電液控制系統在綜放工作面的應用［J］.同煤科技，2019(5)：34-36.
［4］郭計云.液壓支架電液控制系統在煤礦開采中的應用［J］.內蒙古煤炭經濟，2019(16)：183.
［5］劉立平.薄煤層液壓支架電液控制系統設計［J］.機電工程技術，2019，48(9)：217-218.
［6］王思威.綜采液壓支架安裝電液控制系統技術［J］.電子技術與軟件工程，2019(18)：126-127.
作者：張潔 單位：大同煤礦集團機電裝備制造有限公司
