申 杰

（晉能集團掌石溝煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048400）

引言

液壓支架作為煤礦開采中的重要設備，其電控系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，直接影響著液壓支架的支撐效率。而由于井下環(huán)境惡劣，加上液壓支架經(jīng)常處于超長時間、超負荷作業(yè)狀態(tài)，導致其在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)控制失靈、結構變形等故障現(xiàn)象，對井下作業(yè)安全造成了重要影響。因此，提高液壓支架電控系統(tǒng)綜合性能，已成為保障液壓支架正常工作的重點[1]。

1 主要液壓支架電控系統(tǒng)的比較分析

目前，在國際上，對液壓支架電控系統(tǒng)的研究相對較多，而應用相對廣泛的有德國的DBT 電控系統(tǒng)、德國的MARCO 電控系統(tǒng)等，其技術均相對成熟。因此，就該兩種主要的電控系統(tǒng)進行對比分析。

1.1 DBT 液壓支架電控系統(tǒng)

該電控系統(tǒng)結構主要由控制器、主控臺、傳感器、電源、電源適配器、PM4 服務器等部分組成，而所安裝的PM4 服務器主要負責接收并顯示工作面上的相關檢測、診斷數(shù)據(jù)，并確定采煤機的工作位置。同時，該系統(tǒng)采用了BIDI 總線進行通訊連接，可將工作面上的所有液壓支架控制器信息連接起來，其通訊速率可達60 kbps。但該電控系統(tǒng)中的控制器未進行相對獨立設計，即當某個液壓支架上的控制器出現(xiàn)故障時，將會導致系統(tǒng)中的控制器無法正常工作；同時，工作面的控制動作對主控臺的依賴性相對較大，當取消主控臺時，電控系統(tǒng)只能進行單動、單架順序動作，具有一定的局限性[2]。

1.2 MARCO 液壓支架電控系統(tǒng)

該電控系統(tǒng)的核心為64180 微處理器，具有96 kB 的RAM的存儲器容量，同時，在軟件設計過程中，添加了一套工作面的底層修改程序，增強了系統(tǒng)的適應范圍，為后期的系統(tǒng)調試提供了便利。在系統(tǒng)顯示方面，采用了LED 進行點陣布置及顯示；并采用了鍵盤設計來對一些常用動作進行操作和控制。為及時反映系統(tǒng)的故障情況，設計了聲光報警提示。因此，該電控系統(tǒng)的設計具有一定的可借鑒性。

綜上分析，目前，市面上的電控系統(tǒng)有各自的優(yōu)點和缺點，在進行電控系統(tǒng)優(yōu)化改進設計過程中，可對諸多方面進行借鑒。例如：在DBT 液壓支架電控系統(tǒng)設計基礎上，可將電控系統(tǒng)中的所有控制器進行獨立控制設計；同時，整個系統(tǒng)的通訊可采用CAN總線進行通訊，同樣設置信號顯示、聲光報警提示、鍵盤操作等，并對電控系統(tǒng)的控制精度進行優(yōu)化改進等[3]。

2 液壓支架電控系統(tǒng)總體結構的改進設計

2.1 電控系統(tǒng)總體結構的改進設計

根據(jù)井下作業(yè)需要，在單個工作面上，需配備多個液壓支架設備，而電控系統(tǒng)則需對所有的液壓支架進行總體控制。在此基礎上，要求單個液壓支架之間需進行相互控制，這要求在每臺液壓支架上均需配備獨立的控制器。因此，在現(xiàn)有液壓支架電控系統(tǒng)基礎上，對電控系統(tǒng)進行了優(yōu)化改進設計。改進后的電控系統(tǒng)采用了多個12 V 電源，并在每臺液壓支架上安裝了控制器設備，而單個電源可分別對6 臺液

壓支架中的控制器提供電源，且其各主要通信之間采用了CAN 總線和以太網(wǎng)進行通訊。同時，所選用的電源箱能滿足電控系統(tǒng)工作中的防爆、短路、過載等性能要求。在該系統(tǒng)中，當某個液壓支架中的控制器出現(xiàn)故障，電控系統(tǒng)會屏蔽該控制器，而讓其他控制器保持正常工作，以防止發(fā)生故障的控制器對其他設備的影響，從而提高了電控系統(tǒng)的安全保護性能，改進后液壓支架電控系統(tǒng)總體結構框架圖如下頁圖1 所示。

圖1 液壓支架電控系統(tǒng)總體結構框架圖

2.2 電控系統(tǒng)控制部分的改進設計

控制器是液壓支架電控系統(tǒng)中的核心部件，主要由壓力傳感器、位移傳感器、PLC、CAN 總線等組成，而控制器的控制單元則是PLC，其結構框架圖如圖2 所示。在整個控制器控制過程中，通過傳感器檢測相關數(shù)據(jù)信息，將其傳輸至PLC 控制模塊中進行信號轉換、分析及處理，由此作出判斷，將判斷結果向電磁閥發(fā)出執(zhí)行命令，從而實現(xiàn)對整個液壓支架的控制。其中，壓力傳感器主要用于對支架立柱的下腔壓力進行檢測，并將檢測結果轉換為電信號后輸出至控制器中；而位移傳感器則主要是負責對支架中千斤頂?shù)墓ぷ魑恢棉D換為電信號后傳輸至控制器中。同時，所設計的控制器包含鍵盤操作、信號顯示、人機交互界面等部分，并對液壓支架中的各類故障信息發(fā)出聲光報警提示，最終采取急停、閉鎖等保護措施。另外，在控制器與順槽控制主站之間主要采用CAN 總線進行通訊。由此，完成電控系統(tǒng)控制部分的設計[4]。

圖2 電控系統(tǒng)控制部分結構框架圖

2.3 壓力傳感器匹配的改進設計

液壓支架工作過程中，其立柱下腔中壓力會隨設備的不同使用狀態(tài)而發(fā)生變化，因此，需采用壓力傳感器對其壓力變化情況進行數(shù)據(jù)檢測，而檢測到的數(shù)據(jù)信號則會轉換為電信號，并傳輸至液壓支架中的控制器中，并最終匯集到電控系統(tǒng)中。因此，在該電控系統(tǒng)設計中，選用了GYD60 型壓力傳感器對液壓支架立柱缸的壓力進行檢測，該傳感器具有檢測精度高、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在煤礦相關設備應用較為廣泛，該傳感器的外形圖如圖3 所示，其主要性能參數(shù)如表1 所示。

圖3 GYD60 型壓力傳感器外形圖

表1 GYD60 型壓力傳感器主要性能參數(shù)

2.4 電控系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件的總體改進設計

上機位監(jiān)控軟件主要負責對液壓支架中傳感器的檢測參數(shù)、運行狀態(tài)等監(jiān)測顯示，并及時對相關參數(shù)進行修改，生成相應報表，是電控系統(tǒng)的重要組成部分。因此，設計了上機位軟件的結構框架圖，如圖4 所示。該軟件中包含了綜采工作面、參數(shù)設置、單個支架信息和數(shù)據(jù)報表四部分，而各個部分則分別負責其他相關控制任務。通過該監(jiān)控軟件，可將各類傳感器檢測轉換后的相關信號進行實時顯示，并對液壓支架的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。當液壓支架出現(xiàn)故障問題時，該監(jiān)控系統(tǒng)則首先發(fā)出對應故障的聲光報警提示，并及時彈出報警界面，將故障發(fā)生位置實時顯示出來；同時，根據(jù)需要，將液壓支架的歷史數(shù)據(jù)參數(shù)進行保存。大大提高了電控系統(tǒng)的智能化和遠程監(jiān)控能力，有效保障了液壓支架的正常工作[5]。

圖4 電控系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件結構框架圖

3 現(xiàn)場測試效果

為進一步掌握所改進后的電控系統(tǒng)的控制精度及系統(tǒng)可靠性，將其進行現(xiàn)場測試研究，其現(xiàn)場測試如下頁圖5 所示。測試結果表明，改進后的液壓支架電控系統(tǒng)能對液壓支架的成組動作、拉架、推溜及噴霧等動作發(fā)出準確指令，并控制液壓支架執(zhí)行相關動作操作；同時，該電控系統(tǒng)可將液壓支架的工作情況、運行狀態(tài)進行實時顯示，并及時保存相關歷史數(shù)據(jù)。同時，模擬了液壓支架立柱缸壓力較小的故障現(xiàn)象，此時，電控系統(tǒng)及時、準確地對此故障現(xiàn)象進行了聲光報警提示，并快速彈出報警界面，將液壓支架的故障類型及故障發(fā)生位置準確顯示出來，且成功繪制成了相關曲線。據(jù)現(xiàn)場測試人員分析，該電控系統(tǒng)已基本滿足了液壓支架井下作業(yè)中的控制需求，能更好、更有效地對液壓支架進行準確控制，具有較高的可行性。

圖5 礦用液壓支架電控系統(tǒng)現(xiàn)場測試圖

4 結語

優(yōu)化改進后的液壓支架電控系統(tǒng)在一定程度上具有較高的控制精度和可靠性，整體控制功能相對更完善，能更好對液壓支架的正常工作提供保障。該研究對提高電控系統(tǒng)的綜合性能和液壓支架自動化控制水平具有重要作用，在一定程度上具有較高的實際意義和推廣價值。