苗麗華

（兗州煤業(yè)股份有限公司綜機(jī)管理中心 山東 鄒城 273500）

1 薄煤層工作面支架電液控制系統(tǒng)部件選型

1.1 薄煤層工作面狹小空間內(nèi)的支架電液控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)

相比原來(lái)的未使用電液控制系統(tǒng)的薄煤層工作面，電液控制系統(tǒng)的布置需要在支架上添加電控設(shè)備，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線互聯(lián)為網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)通訊與控制功能，如何既保證設(shè)備使用的方便性又保證防護(hù)性能，狹小空間內(nèi)的設(shè)備布置就需要重新設(shè)計(jì)。除此之外工作面需要提供通過(guò)支架對(duì)運(yùn)輸機(jī)的俯仰控制，在采煤機(jī)下風(fēng)向提供噴霧降塵操作。

完成了對(duì)電液控制系統(tǒng)的元部件的選型。全工作面電液控制系統(tǒng)均是采用專為薄煤層設(shè)計(jì)研發(fā)的一體化電液控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、方便維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。具體體現(xiàn)在以下幾方面：

1.1.1 新研制KDW127/12(A)型單路礦用隔爆兼本質(zhì)安全型穩(wěn)壓電源。改變了以往雙路供電的模式，該電源最大的特點(diǎn)是體積小巧，大大節(jié)省了支架上的空間，為電液控制系統(tǒng)其他部件的布置提供了更多的空間。

1.1.2 一體化電液控?fù)Q向閥的使用。一體化電液控?fù)Q向閥具有緊湊的結(jié)構(gòu)，其在縱向所占用的空間有114mm，僅為同類型產(chǎn)品大小的1/2，保證了支架處于最低位置時(shí)各種元部件不干涉。通過(guò)在電液控?fù)Q向閥內(nèi)部集成支架過(guò)濾器，減少了輔助閥的數(shù)量。

1.1.3 支架控制器的使用。支架控制器安裝于電液控?fù)Q向閥的左側(cè)，改變了以往支架控制器安裝于主閥上側(cè)或下側(cè)的排布方式，在豎直方向上減小了元件布置空間。

1.2 系統(tǒng)配置

薄煤層工作面的投入產(chǎn)出比是體現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，通過(guò)設(shè)計(jì)，控制薄煤層工作面電液控制系統(tǒng)的投入保證工作面良好的經(jīng)濟(jì)性。在系統(tǒng)配置方面主要通過(guò)保證運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上靈活安排，在人機(jī)界面，主控先導(dǎo)閥配置上減少工作面的一次性投入。

首先，減少工作面控制系統(tǒng)中的人機(jī)界面數(shù)量，使用每?jī)蓚€(gè)支架安裝一個(gè)人機(jī)界面的形式，在控制方式上，在原鄰架操作基礎(chǔ)上添加隔架操作功能，此配置方式首次在薄煤層工作面上使用。這種配置方式的實(shí)現(xiàn)減小工作面電液控制系統(tǒng)設(shè)備投入的同時(shí)，也擴(kuò)大單架的操作范圍，減少工人的移動(dòng)次數(shù)，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

其次，針對(duì)不同支架配置間隔排列不同功能的主閥，比如隔10個(gè)支架左右安裝運(yùn)調(diào)千斤頂，每隔10個(gè)支架安裝噴霧閥，交錯(cuò)方式使用8功能、10功能主閥，使系統(tǒng)配置更合理、減小系統(tǒng)配置上的浪費(fèi)。

2 薄煤層工作面液壓支架自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究

2.1 單架、成組基本自動(dòng)控制程序開(kāi)發(fā)

SAC系統(tǒng)的主要功能是控制支架的所有動(dòng)作,控制是在應(yīng)用程序基礎(chǔ)上進(jìn)行,控制的條件是操作者通過(guò)鍵操作發(fā)出的命令（或是根據(jù)采煤機(jī)位置由主控制器發(fā)出的命令）、傳感器檢測(cè)的實(shí)時(shí)值和用戶設(shè)置的各種參數(shù)。SAC系統(tǒng)發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，賦予系統(tǒng)豐富的功能，使支架控制方便、靈活、協(xié)調(diào)、安全，尤其是應(yīng)用程序修改的易行性和控制參數(shù)的多樣及可調(diào)性，能做到控制功能與工作面條件和生產(chǎn)工藝要求盡可能好地配合適應(yīng)。以下簡(jiǎn)要說(shuō)明系統(tǒng)的主要功能：

2.1.1 單個(gè)支架的單動(dòng)作控制

操作者在任意一個(gè)支架上，選定本架或左/右鄰架為被控支架，要使該架進(jìn)行某一動(dòng)作，就按面板上相應(yīng)的某一操作鍵。這是系統(tǒng)提供的最基礎(chǔ)的初級(jí)功能。

2.1.2 單個(gè)支架的降移升控制

SAC控制器的程序?qū)⑦@三個(gè)主動(dòng)作和包括與之關(guān)聯(lián)的其他動(dòng)作（如平衡千斤頂、抬底座等）協(xié)調(diào)連貫起來(lái)合成為一個(gè)大動(dòng)作，自動(dòng)按程序執(zhí)行。每個(gè)單動(dòng)作的進(jìn)程及單動(dòng)作之間的銜接與協(xié)調(diào)均以設(shè)置的參數(shù)及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)為依據(jù)。

2.1.3 支架成組動(dòng)作控制

成組自動(dòng)控制：從工作面的任何一個(gè)支架開(kāi)始，向左或向右連續(xù)相鄰的設(shè)定數(shù)量的支架被設(shè)定為一組，支架的某一動(dòng)作（單動(dòng)作或自動(dòng)順序聯(lián)動(dòng)的復(fù)合動(dòng)作）在給出命令后從起始架開(kāi)始運(yùn)行，按一定的順序在組內(nèi)自動(dòng)地逐架傳遞，每架的動(dòng)作自動(dòng)開(kāi)始，自動(dòng)停止，直至本組末架完成該動(dòng)作為止。

2.1.4 支架跟隨采煤機(jī)自動(dòng)控制

這是支架控制的高級(jí)功能。要實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能系統(tǒng)必須有采煤機(jī)位置檢測(cè)裝置和一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)變換器?？刂破鞅仨毎褭z測(cè)到的采煤機(jī)位置信息傳給網(wǎng)絡(luò)變換器，由網(wǎng)絡(luò)變換器進(jìn)行采煤機(jī)位置識(shí)別，并將采煤機(jī)位置傳送給井下主控計(jì)算機(jī)。根據(jù)工作面的作業(yè)規(guī)程，確定采煤機(jī)運(yùn)行到某一位置時(shí)哪些支架應(yīng)該執(zhí)行什么動(dòng)作，這些操作要求被編成程序存入網(wǎng)絡(luò)變換器和主控計(jì)算機(jī)中，網(wǎng)絡(luò)變換器或主控計(jì)算機(jī)根據(jù)采煤機(jī)位置的信息指揮相應(yīng)的支架控制器完成這些操作。

根據(jù)采煤工藝的要求編制程序，通過(guò)參數(shù)調(diào)整，在工作面不同位置不同區(qū)段支架控制器控制支架完成不同的工藝動(dòng)作如自動(dòng)移架、自動(dòng)推溜等。

2.1.5 支架立柱自動(dòng)補(bǔ)壓功能

SAC控制器提供了一項(xiàng)稱為PSA（Positive Set Automatic）的自動(dòng)功能。電液控制系統(tǒng)在正常情況下，會(huì)定時(shí)檢測(cè)支架立柱壓力，立柱在支撐過(guò)程中如因某種原因發(fā)生壓力降落，當(dāng)壓力降至某一設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行升柱，補(bǔ)壓到規(guī)定壓力，并可執(zhí)行多次，保證支護(hù)質(zhì)量，對(duì)工作面頂板實(shí)施有效的管理。

2.1.6 安全操作功能（急停、閉鎖、停止）

在井下工作面進(jìn)行液壓支架維修調(diào)試時(shí)，不允許對(duì)維修人員正在檢修的支架實(shí)施動(dòng)作控制，為此系統(tǒng)設(shè)置了閉鎖功能。當(dāng)維修人員進(jìn)行支架維修或調(diào)試時(shí)，應(yīng)對(duì)本架實(shí)施閉鎖操作，只要按下操作架人機(jī)操作界面上的閉鎖按鈕即可，操作架將進(jìn)入閉鎖模式。閉鎖操作使該架控制器硬件驅(qū)動(dòng)電路的電源被切斷，從而保證維修人員所在支架不會(huì)動(dòng)作，左右鄰架進(jìn)入軟件閉鎖模式，通過(guò)軟件將左右鄰架的驅(qū)動(dòng)電路電源關(guān)斷，禁止對(duì)左右鄰架進(jìn)行動(dòng)作控制，只有解除閉鎖操作，才能恢復(fù)正常的動(dòng)作控制功能。對(duì)于被閉鎖的三個(gè)支架以外的其他支架控制器不受影響，仍可正常工作。

當(dāng)工作面發(fā)生可能危及安全生產(chǎn)的緊急情況，需要立即停止或禁止支架成組動(dòng)作時(shí)，可按壓任意一個(gè)支架控制器上的緊急停止按鈕，全工作面支架動(dòng)作立即停止，自動(dòng)控制功能在急停解除前被禁止。在急停模式下，禁止使用成組操作控制方式實(shí)施對(duì)支架的動(dòng)作控制。

2.1.7 信息功能

SAC系統(tǒng)的信息功能豐富。支架控制器、網(wǎng)絡(luò)變換器、主控計(jì)算機(jī)及其他裝置上有多種形式的信息媒體，包括漢字、圖形顯示，蜂鳴器聲響信號(hào)及很多狀態(tài)顯示LED。系統(tǒng)可向用戶提供的信息歸納為以下幾類：支架動(dòng)作的警示聲響信號(hào)，控制過(guò)程和狀態(tài)信息，支架工況信息（傳感器檢測(cè)值），設(shè)置的控制參數(shù)信息，故障和錯(cuò)誤信息及一些系統(tǒng)本身的狀態(tài)信息。

SAC系統(tǒng)還具有向系統(tǒng)外（如地面調(diào)度室、監(jiān)控中心）傳輸信息的功能。

2.2 系統(tǒng)可靠性保證措施

通過(guò)以下兩個(gè)方面，保證了電液控制系統(tǒng)的可靠性。

硬件方面：具有較高的防護(hù)等級(jí)（等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)IP68），全部采用不銹鋼材質(zhì)和可靠的密封結(jié)構(gòu)，保證了電液控制系統(tǒng)在井下高溫、高濕的環(huán)境下正常工作。人機(jī)操作界面與液壓支架電液控制裝置控制器配備防護(hù)板，提高了電氣元件防砸防護(hù)能力。電液換向閥組采用成熟的結(jié)構(gòu)，保證了使用壽命?？刂破魍ㄐ拍芰Φ臏y(cè)試通過(guò)了2000V電壓等級(jí)的浪涌試驗(yàn)和脈沖群試驗(yàn)，進(jìn)行了50萬(wàn)次通訊檢測(cè)，無(wú)故障。且通過(guò)了國(guó)家級(jí)檢測(cè)中心的煤礦例行型式試驗(yàn)。

軟件方面：使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)ucosⅡ，引入多任務(wù)概念，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行多輪的單元測(cè)試、集成測(cè)試，以確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。