顧宏偉
摘 要:隨著科技的快速發(fā)展,綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在煤礦企業(yè)應(yīng)用十分廣泛,煤礦井下采煤不再向以前以人工勞動(dòng)為主,而是采用機(jī)械化生產(chǎn),使得我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平,主要是因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和結(jié)合產(chǎn)生的煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng),為煤礦企業(yè)的高效生產(chǎn)和生產(chǎn)自動(dòng)化找到新出路,是在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的核心和樞紐,以保證提高生產(chǎn)效率,改善生產(chǎn)條件,實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目的,使煤礦井下工作面的管理和生產(chǎn)發(fā)生革命性變化。
關(guān)鍵詞:煤礦;液壓支架;電液控制;研究
一、液壓支架電液控制系統(tǒng)的重要性
液壓支架自動(dòng)控制系統(tǒng)是煤礦綜采工作的核心,是實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化生產(chǎn)管理的重要手段,實(shí)現(xiàn)綜采工作面生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)控制,提高生產(chǎn)效率,改善生產(chǎn)條件,煤礦支架電液控制系統(tǒng)具有流量大、壓力高、防燃防爆、防塵、防腐蝕、防震動(dòng)、抗電磁干擾等特殊要求,我國的液壓支架的控制方式主要是手動(dòng)液壓控制,手動(dòng)液壓快速控制系統(tǒng)雖然移動(dòng)速度和操作性能弱,但是由于經(jīng)濟(jì)價(jià)格低,維護(hù)方便,所以一般還在使用手動(dòng)液壓控制,對此研制國產(chǎn)化液壓支架電液控制系統(tǒng)十分重要。
液壓支架電液控制系統(tǒng)主要由支架控制單元、順槽主機(jī)監(jiān)控單元、本質(zhì)安全網(wǎng)絡(luò)等部分組成,支架控制單元包括控制器、傳感器、電磁先導(dǎo)閥和主控閥等部分。支架控制器單元利用干線電纜互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò),支架控制器采用的是422通信,全局間采用CAN總線通信,支架控制器通過壓力傳感器、位置傳感器和位移傳感器等檢測出綜采工作面采煤機(jī)、液壓支架的工作狀態(tài),利用總線網(wǎng)絡(luò)傳輸給順槽主機(jī),實(shí)現(xiàn)液壓支架的自動(dòng)控制。
二、液壓支架電液控制系統(tǒng)概述
1.液壓支架電液控制系統(tǒng)的基本原理
(1)全工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)
完善的電液控制系統(tǒng)包括紅外線裝置、控制臺,有效的滿足采煤機(jī)與支架的聯(lián)動(dòng)作業(yè),以便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,把支架總的架控箱與主控制臺進(jìn)行聯(lián)動(dòng),支架的紅外線接收紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號,反饋到主控制臺,根據(jù)反饋的指令,促使支架正確的動(dòng)作。
(2)雙向成組控制系統(tǒng)
將支架分成很多的小組,操作人員在首架中啟動(dòng)架控箱,同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的指令,以保證鄰架按照規(guī)定程序進(jìn)行動(dòng)作,完成移架以后,把信號直接發(fā)送到下一個(gè)架控箱,循環(huán)往復(fù)地完成組內(nèi)支架的自動(dòng)控制過程。
(3)雙向鄰架控制系統(tǒng)
在煤礦開采的時(shí)候,支架都會配備架控箱,通過應(yīng)用支架架控箱對鄰架的控制進(jìn)行選擇,結(jié)合相應(yīng)的指令發(fā)出控制信號,以保證鄰架相對應(yīng)的微電機(jī)、電磁鐵等發(fā)出動(dòng)作,把電信號轉(zhuǎn)化為液壓信號,進(jìn)行有效的控制,把液體流入到支架液壓缸中,以保證支架的動(dòng)作順利實(shí)現(xiàn),支架的工作從壓力傳感器、位移傳感器等反饋到架控箱中,結(jié)合傳感器反饋信號,做出相應(yīng)的動(dòng)作。
2.系統(tǒng)組成
(1)電液控制器
電液控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分,其中主要包括信息傳輸處理、微處理器、數(shù)據(jù)接收裝置、操作鍵盤等,這一控制器具有兩大功能,就是根據(jù)操作指令集程序,完成整個(gè)電磁閥組的開啟或關(guān)閉過程,對千斤頂、支架立柱等進(jìn)行有效的控制,還有就是實(shí)時(shí)獲得支架的數(shù)據(jù),并且進(jìn)行相關(guān)的分析和判斷,合理控制支架運(yùn)行及發(fā)現(xiàn)支架故障,采取有效的控制措施。
(2)中心控制臺
對于系統(tǒng)能否發(fā)揮出相應(yīng)的作用,主要是通過用戶對工作面自動(dòng)化水平的認(rèn)可程度來進(jìn)行判斷,在系統(tǒng)中應(yīng)用電液控制器,就不用在地面中央控制或井下控制室,對于控制系統(tǒng)的最低水平,是由雙向鄰架進(jìn)行單一化控制的,并且向著成組推移、成組控制、自動(dòng)排序等多元化功能方向發(fā)展。
(3)輔助設(shè)備
對于液壓支架的電液控制系統(tǒng)中,對支架狀態(tài)進(jìn)行測定,將液壓參數(shù)轉(zhuǎn)換成電子信號,主要是通過壓力傳感器進(jìn)行的,對于壓力傳感器具有獨(dú)立的輸出信號,就算發(fā)生線路中斷的情況,可以快速準(zhǔn)確的判斷出其位置,并采取有效的措施,如果設(shè)置中心控制臺,故障可以快速的查找,這樣便于提高故障解除的速度。
三、順槽主機(jī)設(shè)計(jì)
順槽主機(jī)主要是由硬件和軟件組成的,通過現(xiàn)場總線與支架控制器構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)監(jiān)控液壓支架的工作狀態(tài),完成實(shí)時(shí)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、故障診斷、數(shù)據(jù)查詢和上傳數(shù)據(jù)等功能,由于順槽主機(jī)工作環(huán)境十分惡劣,所以應(yīng)該具有防潮、防塵、防爆的能力,在系統(tǒng)主機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),采用嵌入式PC104,其具有232、485、CAN、光纖接口、電流環(huán)接口等多種可擴(kuò)展接口,使得電氣接口帶有光電隔離電路,并且具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性,與井下工作面中的其他設(shè)備也有很好的兼容性,可以直接的與采煤機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備進(jìn)行接口連接,對井下工作面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)綜采工作面的自動(dòng)化操作。主機(jī)的監(jiān)控功能依靠監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn),監(jiān)控軟件分為前臺顯示和后臺數(shù)據(jù)處理,后臺程序通過現(xiàn)場總線采集相關(guān)數(shù)據(jù),處理后儲存在數(shù)據(jù)庫中,前臺程序?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的讀取和查找,將獲得的數(shù)據(jù)顯示在主界面上,在實(shí)際使用過程中由于系統(tǒng)需要傳輸大量的數(shù)據(jù),所以架間通訊采用全雙工的RS422總線技術(shù)加以實(shí)現(xiàn),由于現(xiàn)場總線的特殊情況,使得液壓支架控制器供電電源的功率受到限制,根據(jù)電源本身的功率與控制器功率及驅(qū)動(dòng)閥組電流大小,一般情況下一個(gè)電源帶6個(gè)控制器,需要大量的獨(dú)立段緣供電,為了防止電流失衡的情況,架與架之間通過信號耦合器溝通信號,以達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。
四、綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)的使用效果
1.有效的提高井下生產(chǎn)效益,改善井下工人的勞動(dòng)條件
電液控制系統(tǒng)的使用,就不需要人工控制過程的輔助時(shí)間,這樣反應(yīng)速度加快,通過計(jì)算機(jī)安排采煤工序,使得進(jìn)行設(shè)備發(fā)揮出其最大的能力,對支架進(jìn)行編組運(yùn)行,并且同時(shí)對多個(gè)支架進(jìn)行操作,這樣能有效的提高采煤機(jī)械的利用率和生產(chǎn)效率,在薄煤層刨煤機(jī)工作的時(shí)候,電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟機(jī)定量推溜和自動(dòng)移架,進(jìn)行遠(yuǎn)程的操控,使得井下實(shí)現(xiàn)無人操作,有效的解決薄煤層自動(dòng)化開采的問題,使得井下工人的勞動(dòng)條件得到很大的改善。
2.改善工作面頂板支護(hù)狀況,有利于生產(chǎn)安全
電液控制系統(tǒng)監(jiān)測與控制與一體,合理解決在工作面支護(hù)中,液壓支架初撐力達(dá)不到額定阻力和帶壓移架問題,有效的改善工作面頂板的維護(hù)提供有利的條件,減少頂板事故的發(fā)生,由于操作人員可以進(jìn)行鄰架控制、遠(yuǎn)離工作面的控制,所以可以有效的避免遭受沖擊地壓、粉塵等礦井災(zāi)害的襲擾,以確保工作人員的安全,電液控制系統(tǒng)的使用實(shí)現(xiàn)井下無人工作面,是我國煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化提高的主要表現(xiàn)。
結(jié)語:
液壓支架是煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面的支護(hù)設(shè)備,同時(shí)也是采煤的關(guān)鍵設(shè)備,隨著綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)的推廣,使得煤礦經(jīng)濟(jì)效益不斷提高,電液控制系統(tǒng)對煤礦井下生產(chǎn)必不可少,隨著電子計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展,采煤技術(shù)設(shè)備的自動(dòng)化液不斷的成熟,液壓支架的電液控制也不斷的發(fā)展,為煤礦生產(chǎn)的高效、安全和煤礦工人勞動(dòng)環(huán)境及形象改變提供有利的條件,會為煤礦企業(yè)帶來明顯的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn):
[1]戎軍.綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)[J].科技風(fēng).2011年19期
[2]伍小杰,程堯,崔建民,于月森.液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù).2011年04期
[3]李磊.綜采無人值守工作面液壓支架間架電液控制器主控系統(tǒng)的研究[D].太原理工大學(xué).2010年
[4]郭科偉.液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].重慶大學(xué).2012年endprint