侯 磊

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦，山西 晉城 048000）

引言

隨著煤炭工業(yè)的迅猛發(fā)展，對煤礦井下機械的自動化要求也越來越高，綜采工作面的自動化集約控制是實現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)的一個重要方面。我國井下液壓支架控制主要集中在成組和手動控制上，液壓支架的自動控制技術(shù)目前還需要進一步研究完善。因為現(xiàn)階段我國的國產(chǎn)液壓支架控制系統(tǒng)在應(yīng)用過程中仍存在系統(tǒng)不穩(wěn)定、自動化程度不高、適應(yīng)性不強等現(xiàn)象，不能滿足我國煤礦開采地質(zhì)條件比較復(fù)雜的要求，所以沒有在全國范圍內(nèi)推廣使用。目前國內(nèi)井下主要采用國外進口的綜采工作面液壓支架控制系統(tǒng)，但由于價格昂貴制約著我國井下高產(chǎn)高效工作面的普及和發(fā)展［1］。井下無人值守綜采工作面實現(xiàn)的關(guān)鍵是液壓支架集控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)高產(chǎn)高效的核心。所以，研究開發(fā)綜采工作面液壓支架集控系統(tǒng)對于我國煤礦機械化的發(fā)展是極具價值的［2］。

1 液壓支架集中控制系統(tǒng)

1.1 組成結(jié)構(gòu)

該液壓集成控制系統(tǒng)是以雙RS485總線為基礎(chǔ)，由頂板壓力、位移傳感器、支架間距、端頭控制器、紅外接收器及本安型計算機組成的一種多機通信網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1 綜采工作面液壓支架集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

綜采工作面液壓支架集控系統(tǒng)的基礎(chǔ)是間架控制器。它不僅可以將液壓支架運行狀態(tài)與采煤機的位置通過紅外傳感器、位移傳感器和壓力傳感器采集并傳輸?shù)蕉祟^控制器，而且還可以對液壓支架實現(xiàn)成組控制和鄰架控制。

端頭控制器安裝在工作面的兩端，在作業(yè)過程中，有兩條RS485總線進行工作，一條RS485總線主要負責(zé)對工作面每架支架作業(yè)過程中的各種參數(shù)及采煤機的運行位置進行連續(xù)監(jiān)測，并將信息實時傳送給計算機進行分析，及時為工作面正常運行提供保障；另一條RS485總線通過對收集到的參數(shù)進行分析，確定工作面采煤機的實時位置，并通過總線將命令傳遞給液壓支架架間控制器，從而達到控制液壓支架與采煤機相互配合作業(yè)的目的，完成工作面的自動化作業(yè)，降低人員的勞動強度。工作面自動控制系統(tǒng)的防爆計算機安裝在工作面巷道控制硐室內(nèi)，防爆計算機可以對端頭控制器收集過來的液壓支架工作狀態(tài)參數(shù)實時顯示。

1.2 端頭控制器

在工作面液壓支架集控系統(tǒng)中，端頭控制器需要對液壓支架的各項狀態(tài)參數(shù)進行收集，同時還需要對支架的各項運行狀態(tài)進行控制。由于單個CPU不能實現(xiàn)連續(xù)性檢測控制，因此該控制器采用雙CPU的設(shè)計方案。其中，巡檢CPU的作用是收集工作面的各項參數(shù)，主控CPU通過接收計算機發(fā)出的各種命令及巡檢CPU所收集的采煤機作業(yè)位置的各種參數(shù)，并對工作面支架實現(xiàn)自動化控制，所用CPU均由SPI接口進行連接且進行數(shù)據(jù)傳輸。兩個CPU可以同時與間架控制器實現(xiàn)通信，通過SPI口實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高集控系統(tǒng)的高效率運行，端頭控制器示意圖如圖2所示。

圖2 端頭控制器連接示意圖

1.3 集控通信設(shè)計

由于煤礦工作面作業(yè)環(huán)境差、煤塵大、濕度大、干擾電磁能力強，因此通訊系統(tǒng)必須有較強的抗電磁干擾能力，在設(shè)計中選用RS485通信系統(tǒng)，通過工業(yè)應(yīng)用實踐表明：此系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力強，適應(yīng)煤礦井下的惡劣作業(yè)環(huán)境，連接示意圖如圖3所示。該系統(tǒng)選用MAX3088芯片，芯片通信節(jié)點多，通信效率高，通信可靠。通過光電耦合器將CPU的信號與通信的電路進行隔離，既可以對CPU進行保護，又可以順利實現(xiàn)通訊系統(tǒng)與CPU兩者之間的電平轉(zhuǎn)換。設(shè)計中使用Modbus通信協(xié)議，使得端頭控制器與液壓支架架間控制器聯(lián)系起來組成多機通訊網(wǎng)絡(luò)。

圖3 通信接口設(shè)計結(jié)構(gòu)

2 液壓支架集中控制模型建立

液壓支架集中控制就是通過采煤機的紅外線位置信號及運行位置，對相應(yīng)的工作面液壓支架發(fā)出命令，配合采煤機進行割煤，從而完成整個循環(huán)作業(yè)，如圖4所示。

圖4 液壓支架集中控制模型

3 集中控制軟件設(shè)計及結(jié)果分析

在該控制系統(tǒng)運行過程中，端頭控制器接收計算機發(fā)出的集控指令、采煤機位置參數(shù)及支架的各種工作參數(shù)進行檢測，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上用于判斷支架的工作運行參數(shù)是否符合要求，經(jīng)計算機判斷后，若各種參數(shù)正常，則向間架控制器發(fā)出命令，配合采煤機割煤。若判斷液壓支架發(fā)生故障，則迅速發(fā)出信號，且將液壓支架的故障信息顯示到控制系統(tǒng)的顯示屏上，以便安排維修人員進行維修作業(yè)。計算機指令及端頭控制流程如圖5、下頁圖6所示。

圖5 防爆計算機向端頭控制器發(fā)送集控指令流程

4 結(jié)語

圖6 端頭控制器集控流程

通過對綜采工作面液壓支架集控要求分析，根據(jù)工作面生產(chǎn)工藝流程，提出綜采工作面液壓支架集控策略，設(shè)計液壓支架集控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的集中控制液壓支架，對實現(xiàn)高產(chǎn)高效綜采工作面具有重大意義。

［1］ 李磊，宋建成，田慕琴，等.基于DSP和RS485總線的液壓支架電液控制通信系統(tǒng)的設(shè)計［J］.煤炭學(xué)報，2010，35（4）：701－704.

［2］ 李文華.一種液壓支架端頭控制器通訊系統(tǒng)的設(shè)計［J］電氣傳動，2010，40（9）：58－61.

［3］ 陳特效，袁雄兵，龔志鵬，等.基于MVB的機車邏輯控制單元［J］.計算機測量與控制，2008，16（7）：976－979.