基于防爆电磁阀的液压支架电液控制系统设计与应用-新闻中心-沧州金子仪表自控有限公司

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基于防爆电磁阀的液压支架电液控制系统设计与应用

液压支架是现代煤矿开采的重要工具，它的出现解决了采煤工作面的支护问题，是综采技术区别其它回采工艺的重要标志。液压支架使工作面全部机械化成为现实，大大提高了工作面的回采效率和速度。传统的液压支架移动是个复杂的过程，移动时首先要对液压支架进行降架，然后由采煤机通过刮板机拖动液压支架向前移动。由于液压体积越来越大，依靠采煤机移架，速度太慢。在传统液压支架的基础上设计了液压支架电液控制系统，大幅度提高了工作面生产效率，改善工人的作业环境。通过综合运用机械、电子技术和信息技术，实现液压支架和采煤机自动控制，实现液压支架跟随采煤机自动移架，拥有单架、成组和跟随采煤机机移动的功能，能实时与地面控制站通讯并可以实现远程控制。

一、液压支架电液控制系统构成
电控液压支架控制系统主要由三部分组成：计算机构、控制机构、执行机构。其中地面计算机负责传输信号的处理及发出动作指令。井下交换机、巷道主机、网络终端负责采集信号，信号传输采用工业以太网。耦合器的作用是进行电隔离防止传输信号对控制系统的干扰。控制机构由传感器、隔离控制器、支架控制器组成，其中的传感器负责采集液压支架的压力和位置信息并反馈到控制器，隔离控制器的主要作用是防止液压支架之间的动作相互干扰。执行机构是防爆型电磁阀控制组，通过电磁阀的动作控制液压支架的动作，控制液压支架的升降。支架控制器之间采用CAN总线通信，实现综采设备数据上传与下载。通过以上各部件的协调动作达到对液压支架的自动控制。
二、液压支架控制器设计
液压支架电液控制系统主要由控制机构、检测装置、信号传输装置和执行装置四部分组成。控制机构是整个液压支架电液控制系统的核心，它完成对液压支架的各种动作控制，如邻架控制、单架远程控制、成组手动同步控制、成组自动异步控制。控制过程的实现主要通过控制器的微处理器接收各种传感器传递过来的液压支架状态信号，并根据相应状态发出相应指令。由于在传输过程中信号类型不一样，需要对信号的类型进行转换。为了便于传输和抗干扰，提高信号的可靠性，在信号传输时需要采用不同协议。
液压支架电液控制器硬件结构主要包括微处理器、数据输入模块、输出模块、操作模块和外围控制电路。控制器处理器采用工业微处理器保证控制器反应的可靠性和灵敏性，可以根据控制端口需要情况选择处理器，一般采用单片机，在特殊情况下可以选用工业PLC。电源采用开关电源输出稳压313V，电源自带滤波电路，保证电源供电质量可靠，可有效控制电磁干扰，保证输出信号的高精度；IC存储器用于存放系统运行的重要信息，如故障记录、人机交互指令等。
数据采集单元功能是将采集的液压支架状态信息如支架压力、支架位移、采煤机位移，并转化为特定的电信号传递给微处理器。通信模块作用是与相邻的液压支架进行通讯，可以相互交换状态信息，达到液压支架的成组控制和一致动作。电磁驱动单元的功能是依据本架或邻架控制器发出的动作指令，通过电磁驱动电路来控制隔爆型电磁阀的动作，驱动单元可实现多路信号输出，并对驱动电路进行在线检测。在人机交互单元中带有键盘和液晶屏，便于操作者及时控制液压支架，完成对控制器实时有效监控，可以实现液压支架成组自动控制、就地闭锁、紧急停止等功能团，还可以根据生产的需要实时调整控制参数设，使系统更加灵活和通用。
1、采煤机位置检测设计
采煤机位置检测系统主要由红外发射模块、红外接收模块、微处理器、接口模块组成。液压支架要根据采煤机的位置进行移动，所以必须实时检测采煤机的位置信息。在采集采煤机的位置信息时，通过发射红外测定液压支架与采煤机的距离。在测距时微处理器通过编写程序产生固定频率的脉冲波信号，并以此作为红外信号的载波信号进行调制，经过信号的调制之后的测距信号通过红外发射模块发出。红外接收模块负责接收反射回来的红外信号，并将接收的信号传递给微处理器，微处理器经过解调判断出采煤机的位置，将位置信号传递给通信模块，控制器接收到相应的位置信息发出相应的指令进行动作。
2、巷道主机设计
巷道主机是实现电控液压支架在线远程操作的核心部件。巷道主机是一台工业型计算机，主要由主板、显示器、外围电路、接口、存储器、外设设备组成及带有本安型隔离器。系统采用AC90V~AC250V电源供电，为了保证电路的可靠性，采用DC5V~DC12V本安电源模块对隔离电路和安全栅供电，显示器与主板则采用DC12V开关电源供电。控制计算机的主板通过隔离器型本安接口连接的鼠标键盘等外设设备相连，实现液晶显示器的人机交互。外存采用大容量硬盘，用来存放和接收数据及安装监控软件和存放系统。
3、网络传输设计
高质量的通信网络是综采液压支架实时在线监控的前提条件，由于井下工作环境恶劣，电磁干扰非常强烈，信号传输的可靠性需要得到保证。现场总线技术无法满足数据传输稳定性和高速性的要求，采用工业以太网技术。在井下一般采用10/100Mbit/S的网络与主机网络连接，通过以太网传输可实现数据高速实时传递。在传输距离较短时可以采用总线技术进行通讯，例如工作面主机同液压支架及有关配套设备采用CAN总线通讯。支架控制器之间采用双工串行通讯，信息发送方式平衡稳定，接收采取差分方式，使得网络具备较强的抗电磁波干扰能力。串行总线的优点是实现点对点通信，保证信号传输的可靠性，但是由于电压的-，传递距离较短，通常只在12m范围内有效。通过制定有关控制字与帧的格式保证通信性能可靠，通常为与煤矿井下环境适应，会在液压支架电控系统中的控制器的全局运用CAN总线，其具有完善的总线仲裁和错误检测等功能，与井下应用层的通信协议相匹配。
3电液控制的应用
主机的操作系统是 PC104环境下的Linux操作系统RedHat9.0。监控软件运用Linux系统下CTK+工具开发的用户界面，通过读取数据库的信息并在前台显示，能读取缓冲文件后台数据，实现前后台分工并行操作。显示器监控软件能显示采煤机的实时位置、支架位置及支架的工作状态等，可以通过设定的状态与液压支架的现有状态对比，查看液压支架工作状态是否正常。软件运用双色LED灯模拟形式将自动补压、自动推溜、自动移位情汝口自动升、自动降、自动移动等、网络通信等显示出来，同时将错误详细信息显示在状态栏中，实现地面下液压支架作业状态实施监控。
随着科学技术发展，煤炭开采的技术取得了飞速发展。液压支架的控制逐渐由传统手动控制向新的智能化电液控制转变。主要介绍了液压支架电液控制系统组成及基本的硬件电路设计，主要包括支架控制器设计、采煤机位置信息监测、网络系统设计等，对控制系统中硬件电路的设计进行简单说明，对煤矿工人普及液压支架电液控制的基本知识具有重要的参考价值。
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