談液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：支架作為礦井生產(chǎn)中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)礦井生產(chǎn)綜合效益有重要影響，而現(xiàn)有的支架控制方式存在精準(zhǔn)度低、聯(lián)動(dòng)性差、動(dòng)作滯后等不足。針對(duì)這些不足，研究提出了一種基于PLC技術(shù)的液壓支架電控系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配套硬件設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)等進(jìn)行全面的總結(jié)分析，希望能夠?yàn)槠渌V井相似工程的開展提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：礦井；液壓支架；電液控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)期以來(lái)，煤炭作為中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)性能源，被各行各業(yè)廣泛使用，并將在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)作為中國(guó)能源的關(guān)鍵基礎(chǔ)[1]。為了滿足國(guó)家發(fā)展對(duì)煤炭的需求，推動(dòng)煤炭生產(chǎn)所需各類設(shè)備的不斷升級(jí)勢(shì)在必行。其中，井下液壓支架作為煤炭作業(yè)中不可或缺的支護(hù)設(shè)備，分布于整個(gè)綜采作業(yè)面，并與井下采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)實(shí)行聯(lián)動(dòng)控制。但現(xiàn)階段井下所用液壓支架存在精準(zhǔn)度差、動(dòng)作滯后、聯(lián)動(dòng)性不足等問(wèn)題，對(duì)井下作業(yè)效率的全面發(fā)揮有一定的負(fù)面影響。有鑒于此，開展針對(duì)井下液壓支架控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究，提升作業(yè)自動(dòng)化水平，對(duì)于礦井的長(zhǎng)久發(fā)展意義重大。

1液壓支架電液控制系統(tǒng)單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于井下綜采作業(yè)而言，其作業(yè)面的液壓支架電液控制系統(tǒng)是對(duì)作業(yè)面多個(gè)單體液壓支架的綜合控制，所有支架控制過(guò)程是完全相同的[2-3]，圖1即為單支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。分析圖1可知，單個(gè)支架的液壓控制系統(tǒng)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(fù)責(zé)信息指令的；信息采集模塊負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的收集，屬于整個(gè)控制系統(tǒng)的核心組件。在信息采集中，壓力傳感裝置布設(shè)于支架立柱測(cè)壓孔處，用于實(shí)時(shí)測(cè)定立柱液壓油缸內(nèi)的作業(yè)壓力；位移傳感裝置布設(shè)于推移液壓油缸的上部，用于測(cè)定液壓油缸的位移狀況。作業(yè)時(shí)，信息采集模塊將所采集數(shù)據(jù)信息傳遞至控制模塊，并結(jié)合布設(shè)于采煤機(jī)特定位置的紅外發(fā)生裝置和液壓支架控制設(shè)備下的紅外接收裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)和液壓支架相對(duì)位置的判定，以確保跟機(jī)作業(yè)真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。完整的綜采電液控制系統(tǒng)共包含各類控制閥12組，在電磁先導(dǎo)閥作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)各支架動(dòng)作的有效控制，確保整個(gè)作業(yè)面控制的統(tǒng)一性[4-5]。系統(tǒng)的控制功能基于信息采集模塊所收集到的數(shù)字信號(hào)開展，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)支架動(dòng)作的精準(zhǔn)操控。為了保障整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和連續(xù)性，電源模塊所用供電系統(tǒng)為每組5個(gè)控制器的雙路直流電源，圖2即為電液控制系統(tǒng)液壓作業(yè)原理示意圖。在整個(gè)系統(tǒng)中，面對(duì)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(guò)3MPa。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

圖3為液壓支架電液控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。相較于以往的支架控制系統(tǒng)，電液控制系統(tǒng)在單體支架控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電磁驅(qū)動(dòng)裝置，單臺(tái)支架的控制系統(tǒng)包含控制模塊、顯示模塊、信息采集模塊、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊等。整個(gè)系統(tǒng)的核心組件為可編程控制器，系統(tǒng)內(nèi)部各單元間的數(shù)據(jù)交互依托CAN總線結(jié)構(gòu)達(dá)成。當(dāng)控制器將數(shù)據(jù)采集模塊所采集到的信息上傳至上位機(jī)后，上位機(jī)結(jié)合系統(tǒng)指令與電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁先導(dǎo)閥開合的控制，進(jìn)而達(dá)成對(duì)支架油缸的操控，實(shí)現(xiàn)支架單體單元、組成控制等的聯(lián)動(dòng)操控。在控制液壓支架群組時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程的閉環(huán)控制。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該系統(tǒng)作業(yè)時(shí)支架動(dòng)作速度、動(dòng)作量和動(dòng)作耗時(shí)全部與采煤機(jī)的運(yùn)行效果息息相關(guān)，這說(shuō)明采煤機(jī)作業(yè)位置對(duì)支架狀態(tài)有著直接影響。因此，采煤機(jī)的牽引速度對(duì)支架前進(jìn)速度也有直接影響。此外，液壓支架支護(hù)方式同樣對(duì)支架移動(dòng)有明顯的影響。為了確保支架作業(yè)能夠滿足快速支護(hù)、移動(dòng)和收撤作業(yè)的要求，運(yùn)用所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠優(yōu)化支架控制流程，精簡(jiǎn)操作工序，從而實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)的目標(biāo)。

3支架順序聯(lián)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)分析

作業(yè)時(shí)，作業(yè)面單個(gè)液壓支架的順序聯(lián)動(dòng)需借助控制系統(tǒng)的智能控制方能完成[6]。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，單個(gè)液壓支架需在10s內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)動(dòng)作?？梢哉f(shuō)，單個(gè)液壓支架順序聯(lián)動(dòng)的質(zhì)量關(guān)鍵在于能不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)定動(dòng)作。在所設(shè)計(jì)的控制方案中，操作人員只需通過(guò)操控界面選定所需操控的支架，支架便可進(jìn)入自動(dòng)控制模式。隨著系統(tǒng)聯(lián)合動(dòng)作按鈕的閉合，系統(tǒng)開始運(yùn)行，控制器操控動(dòng)作機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，并向各需動(dòng)作支架提供一個(gè)預(yù)動(dòng)作信號(hào)且延時(shí)2s后關(guān)閉提醒。這時(shí)，支架配設(shè)的各類感應(yīng)裝置開始采集支架作業(yè)信號(hào)，同時(shí)支架活塞桿開始下降。當(dāng)其下降至指定位置后，架柱電磁閥關(guān)閉，并同步開啟支架移動(dòng)電磁閥，支架開始進(jìn)行移架并在移至指定位置后關(guān)閉移架電磁閥，隨后再次開啟升降電磁閥，控制支架恢復(fù)至指定支護(hù)數(shù)值，從而完成完整的支架循環(huán)。圖4即為支架順序聯(lián)動(dòng)控制流程示意圖，其中，Y代表指令檢驗(yàn)通過(guò)，N代表指令檢驗(yàn)沒通過(guò)。

4結(jié)語(yǔ)

液壓支架作為礦井生產(chǎn)安全防護(hù)中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，其作業(yè)質(zhì)量對(duì)礦井生產(chǎn)綜合效益有直接影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，積極組織專業(yè)技術(shù)人員，將PLC技術(shù)應(yīng)用到液壓支架控制系統(tǒng)中，構(gòu)建自動(dòng)化的液壓支架電液控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)支架液壓聯(lián)合控制精準(zhǔn)度和自動(dòng)化程度的顯著提升，不僅可以大幅縮短支架狀態(tài)轉(zhuǎn)換所耗時(shí)間，還能夠極大地提高液壓支架的作業(yè)效率和作業(yè)可靠性，從而為綜采作業(yè)面生產(chǎn)的持續(xù)安全開展提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)：

［1］鄭俊鵬.綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用研究［J］.當(dāng)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(tǒng)應(yīng)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(tǒng)在綜放工作面的應(yīng)用［J］.同煤科技，2019(5)：34-36.

［4］郭計(jì)云.液壓支架電液控制系統(tǒng)在煤礦開采中的應(yīng)用［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2019(16)：183.

［5］劉立平.薄煤層液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2019，48(9)：217-218.

［6］王思威.綜采液壓支架安裝電液控制系統(tǒng)技術(shù)［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2019(18)：126-127.

作者：張潔 單位：大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司