王少璞 張 強

(山西晉煤集團技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006)

1 引言

成莊煤礦151307工作面采高2.4～4.5 m，支撐掩護式，工作面長為200 m，工作面走向為1800 m，平均采高約3.6 m，支架為4立柱支架，安裝115個支架，機頭機尾各3個架，2個過渡架，即機頭機尾共10個架，中間架105個，排頭架為6柱式支架。本文在對現(xiàn)場調(diào)研和礦方需求分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一套工作面電液控制系統(tǒng)。

2 工作面電液控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

成莊煤礦151307工作面電液控制系統(tǒng)的設(shè)計方案如圖1，由支架就地控制、端頭集中控制、順槽監(jiān)控和地面調(diào)度四級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

圖1 電液控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

3 工作面電液控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 支架控制系統(tǒng)

支架控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的最底層，主要負責(zé)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)進行分析處理，同時向支架發(fā)送相應(yīng)的動作命令。

3.1.1 硬件設(shè)計

支架控制器系統(tǒng)組成如圖2。由各種傳感器、控制電路、RS485和SPI接口電路等組成[1]。

圖2 支架控制器功能結(jié)構(gòu)圖

3.1.2 實現(xiàn)功能

（1）就地控制模式

就地控制模式是煤礦綜采工作面的支架操作工通過控制器自帶的鍵盤直接輸入控制命令，控制鄰近液壓支架的各種動作，包括鄰架控制功能、參數(shù)設(shè)定功能、信號檢測功能、自動排序功能、人機交互功能以及控制模式切換功能等。

鄰架控制功能是支架控制的操作鄰近液壓支架的動作，分為鄰架單動作控制、鄰架組合控制、成組推鎦控制等。鄰架單動作控制是一次操作只操作控制液壓支架的一個動作；鄰架組合控制用于同時控制一臺液壓支架的兩個動作。成莊礦在進行支護操作時，要對前立柱和后立柱同時升降，所以升前柱和升后柱、降前柱和降后柱控制要組合起來一起進行控制。在拉架時，為減小支架移動時與底板的磨擦力，先要進行提底動作，再進行拉架動作，所以提底和拉架兩個動作要能組合控制。實際操作中，有三種組合動作，升前柱和升后柱、降前柱和降后柱以及提底和拉架動作。成組推鎦動作是控制多臺液壓支架來推出刮板輸送機。

（2）自動排序

自動排序是控制器實現(xiàn)有序控制的前提。采用架間通訊進行支架編號能自動排序，可在兩個方向?qū)崿F(xiàn)排序，工作面支架控制器號全部初始化為1，通過機頭或機尾支架進行全工作面自動排序，也能進行局部排序。

（3）遠程控制模式

在遠程模式下響應(yīng)端頭控制器發(fā)來的控制命令，工作面的支架接收到命令后執(zhí)行各種動作。同時響應(yīng)端頭控制器的巡檢命令，將各種位移傳感器、壓力傳感器實時采集的數(shù)據(jù)以及支架運行狀態(tài)信息等上傳至端頭控制器。

3.2 端頭集控系統(tǒng)

端頭集控系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的中樞環(huán)節(jié)，其核心裝置是端頭控制器，它一方面和支架控制系統(tǒng)相連，向支架控制器下傳設(shè)置的參數(shù)，巡檢支架控制器獲取整個工作面液壓支架運行狀態(tài)參數(shù)；另一方面與順槽監(jiān)控系統(tǒng)相連，接收防爆計算機的定時詢問指令，將巡檢到的支架運行狀態(tài)參數(shù)上傳至防爆計算機。

3.2.1 硬件設(shè)計

端頭控制器采用先進的微處理器為控制核心，其總體結(jié)構(gòu)如圖3，主要由RS485通訊電路、控制電源單元、顯示電路等組成[2]。

圖3 總體結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 實現(xiàn)功能

（1）集中手動控制

集中手動控制主要是在端頭控制器上集中控制液壓支架的各種動作。端頭控制器發(fā)送指令，同時支架控制器會向端頭控制器回饋信息，若接到的返回信息不正確，則端頭控制器會重新發(fā)送一次命令，若連續(xù)兩次均接不到正確的返回信息，則進行報警。

（2）控制權(quán)限切換功能

支架控制器可接收來自鄰架控制命令、集中手動控制命令和集中控制追機拉架命令，這三個層面的控制不能同時進行，為保證安全生產(chǎn)，需進行可靠的切換，切換命令由端頭控制器發(fā)出。三個層面的控制手動為最高優(yōu)先級，其他兩個層次的控制命令均由端頭控制器發(fā)出，優(yōu)先級相同。

3.3 順槽監(jiān)控系統(tǒng)

順槽監(jiān)控系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的第三層，其核心裝置是防爆計算機，它安裝在順槽設(shè)備列車中，實現(xiàn)實時監(jiān)測和集中控制功能。

3.3.1 硬件設(shè)計

該系統(tǒng)由工控機、供電系統(tǒng)及RS485、USB隔離電路等組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖4[3]。

圖4 防爆計算機結(jié)構(gòu)圖

3.3.2 實現(xiàn)功能

（1）遠程控制功能

遠程控制功能是通過安裝在順槽設(shè)備列車中的防爆計算機給端頭控制器發(fā)送動作指令，再通過端頭控制器給支架控制器發(fā)送指令，控制支架執(zhí)行各種動作。

（2）遠程巡檢功能

遠程巡檢功能是防爆計算機每隔3 s向端頭控制器發(fā)送巡檢指令，通過端頭控制器返回的各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)支架運行狀態(tài)的監(jiān)測。

（3）遠程與上級平臺的TCP/IP通訊功能

防爆計算機可通過TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通訊與地面調(diào)度中心進行實時通訊，接收來自上一級平臺的命令，向地面調(diào)度中心傳送液壓支架的運行數(shù)據(jù)[4]。

3.4 地面調(diào)度中心

地面調(diào)度中心是整個系統(tǒng)的最高層，其核心裝置是工業(yè)計算機，它安裝在地面調(diào)度中心，實時監(jiān)測支架的運行狀態(tài)，同時能根據(jù)用戶的要求對井下工作面運行狀態(tài)進行智能化分析和故障診斷[5]。工業(yè)計算機可通過煤礦環(huán)網(wǎng)與防爆計算機進行實時通訊，接收井下現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，生成各類圖形及曲線，直觀地顯示井下的生產(chǎn)情況。

3.5 反沖過濾站狀態(tài)監(jiān)控

反沖過濾站用一個支架控制器完成工作狀態(tài)實時監(jiān)測，與其他支架控制器的通訊模式一樣，將數(shù)據(jù)發(fā)送給上一級，由順槽監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，將分析結(jié)果再傳送到地面調(diào)度中心進行顯示。

4 結(jié) 語

針對成莊礦15037工作面液壓支架需求，本文設(shè)計了電液控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，同時對其四級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的原理和實現(xiàn)功能進行闡述，最后以控制20臺支架為前提搭建了液壓支架控制試驗臺來模擬控制系統(tǒng)的部分功能，操作簡單，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。