趙青山

（霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司辛置煤礦，山西 霍州 031400）

煤礦井下綜采工作面將采煤機(jī)、輸送機(jī)、液壓支架完全融合，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動化開采運(yùn)輸。這種方式從根本上改變了傳統(tǒng)煤炭開采的方式，一體式全流程開采實(shí)現(xiàn)了從煤炭開采到運(yùn)輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)的機(jī)械化、自動化作業(yè)，最大程度節(jié)約了煤礦的人力成本，保證了煤礦工人的生命安全。近年來隨著智能化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展與普及，機(jī)械化的綜采工作面也走上了智能化的道路。常見綜采工作面設(shè)備布局如圖1 所示。

1 液壓支架概述與現(xiàn)狀分析

液壓支架作為井下開采中“三機(jī)配套”的重要一環(huán)，為采煤機(jī)、輸送機(jī)以及一線采煤工作者提供支護(hù)與保護(hù)，與采煤機(jī)、輸送機(jī)相互配合來完成采煤的一系列動作。在采煤時，一線工作人員可以將身體完全掩蔽在支架頂板之下，液壓支架有效地保護(hù)了工人的生命安全。在辛置煤礦常見的液壓支架為雙立柱支撐掩護(hù)式液壓支架，雙立柱的結(jié)構(gòu)保證了支架可以承載更大來自巷道四周的壓力，安全空間也會相對更多。雙立柱支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖1 綜采工作面設(shè)備布局圖

圖2 雙立柱支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)圖

由于辛置煤礦地質(zhì)情況較為復(fù)雜，導(dǎo)致工作面中液壓支架在工作過程中經(jīng)常處于過載狀態(tài)，長時間的超負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致該礦液壓支架重要部件磨損較為嚴(yán)重，支架動作精準(zhǔn)度差，甚至?xí)霈F(xiàn)不受控制的現(xiàn)象。同時，由于保養(yǎng)不到位，導(dǎo)致支架出現(xiàn)故障率很高的問題，嚴(yán)重威脅井下安全生產(chǎn)。液壓支架的電液系統(tǒng)作為支架的核心部分，欲解決支架現(xiàn)存的問題，需從支架的電液控制系統(tǒng)入手，提高系統(tǒng)的綜合性能。

2 電液系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計

2.1 電液控制系統(tǒng)總體設(shè)計

在液壓支架中需要油缸等元件的動作配合才能實(shí)現(xiàn)支架在工作過程中的開合，以及與采煤機(jī)、輸送機(jī)相互配合完成自動化采煤動作，做到工藝全流程的自動化，而支架的這類動作的控制都是來自于電液控制系統(tǒng)。系統(tǒng)不僅需要實(shí)現(xiàn)動作而且還應(yīng)該監(jiān)控支架的運(yùn)轉(zhuǎn)，第一時間了解支架的工作狀態(tài)，保障支架以及現(xiàn)場人員的安全。工作面中的支架一般為多臺配合動作，為了更好地實(shí)現(xiàn)機(jī)器的單動與聯(lián)動配合，將每個支架都配備一臺獨(dú)立的控制器，同時在每臺控制器安裝獨(dú)立的電源，實(shí)現(xiàn)多臺支架的并聯(lián)。當(dāng)一臺出現(xiàn)故障時，其余多臺繼續(xù)保持正常工作，同時各臺之間采用以太網(wǎng)進(jìn)行連接，直連中央控制主機(jī)，由主機(jī)下發(fā)指令，多臺支架完成配合作業(yè)。改進(jìn)后的液壓支架電液控制系統(tǒng)總體框架如圖3 所示。

2.2 單支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

液壓支架之間相互獨(dú)立，每臺支架上的控制箱中有支架的控制器、傳感器以及紅外儀等，組成了一個獨(dú)立的控制系統(tǒng)?？刂破饔蒔LC 組成，能夠通過電磁閥組實(shí)現(xiàn)信息的交互，控制支架的動作；傳感器主要由位移以及壓力傳感器組成，用于檢測支架的實(shí)時位置以及油缸管路等的狀態(tài)，并將信息顯示在主控計算機(jī)屏幕上；紅外檢測儀由發(fā)射器與接收器兩部分組成，主要用于采煤機(jī)的位置檢測以及支架跟機(jī)位置檢測。該系統(tǒng)真正意義地實(shí)現(xiàn)了集電源供應(yīng)、信息采集、屏幕顯示以及控制響應(yīng)一體化，實(shí)現(xiàn)了支架的推溜移架自動化。圖4 為支架電液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖。

圖3 液壓支架電液控制系統(tǒng)總體框架圖

圖4 支架電液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2.3 支架電液系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

上述所提到的單支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，支架的控制箱主要由3 大部分組成，其中硬件結(jié)構(gòu)的主要邏輯框圖與結(jié)構(gòu)設(shè)計圖一致，主要包括電源、顯示器、紅外儀、電磁閥組以及傳感器等。對元器件選型會直接影響最終系統(tǒng)的執(zhí)行。表1 為主要元器件的選型明細(xì)。

表1 部分元器件的選型明細(xì)

2.4 支架電液系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計

支架主要的動作包括立柱的升降以及推溜移架，軟件的設(shè)計主要針對這兩個部分來進(jìn)行。

2.4.1 支架立柱升降程序設(shè)計

支架的立柱升降動作通常由中央控制主機(jī)來控制，通過觸發(fā)開關(guān)，將預(yù)設(shè)位移壓力信號傳輸至所選支架的PLC 中，后將信號通過電磁閥轉(zhuǎn)換，來執(zhí)行對立柱動作的控制。同時，支架的位移以及壓力傳感器將數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸，當(dāng)實(shí)際值達(dá)到預(yù)設(shè)值時，電磁閥自動關(guān)閉，結(jié)束支架動作，完成立柱升降。為了實(shí)現(xiàn)整個動作過程的準(zhǔn)確性以及平穩(wěn)性，需要賦予程序較強(qiáng)的邏輯性。立柱升柱動作的流程圖如圖5 所示。

2.4.2 支架立柱升降移架聯(lián)動程序設(shè)計

支架工作過程中其動作一般為聯(lián)動，即為立柱的升降與支架的移架相配合。其中支架的推溜移架與立柱升降工作過程相類似，即為觸發(fā)信號，傳至電磁閥（不同功能對應(yīng)不同的電磁閥），后執(zhí)行動作。支架的聯(lián)動程序流程圖如圖6 所示。

圖5 立柱升柱動作流程圖

圖6 支架聯(lián)動程序流程圖

3 結(jié)語

液壓支架電液控制系統(tǒng)在一定程度上會對支架的壽命造成影響，為了解決現(xiàn)用支架靈敏度低、故障率高、配合較差的問題，本文對原有電液系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，將PLC 技術(shù)運(yùn)用到電液控制系統(tǒng)的設(shè)計中，搭建了一個全新的自動化支架電液控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)單個支架個體化，支架之間可以互不影響，同時又可以實(shí)現(xiàn)配合聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)了支架的精準(zhǔn)化控制，降低響應(yīng)時間，提高了設(shè)備的靈敏度與可靠性，值得進(jìn)一步推廣。