王建平

（壽陽開元礦業(yè)有限責任公司機電運輸部，山西 壽陽 045400）

引言

液壓支架、采煤機、刮板輸送機為綜采工作面的“三機”，其擔負著煤礦的主要生產(chǎn)任務。尤其是大功率、多功能采煤機在工作面的應用，對其配套刮板輸送機、液壓支架等大型設備的自動化、智能化水平和可靠性提出了更高的要求。液壓支架作為工作面安全支護的主要設備，其根據(jù)生產(chǎn)任務對支護高度進行控制；同時，為刮板輸送機提供推溜動力。端頭控制器是實現(xiàn)對液壓支架的遠程控制，并最終實現(xiàn)工作面自動化生產(chǎn)的基礎[1]。本文重點對液壓支架電氣控制系統(tǒng)進行試驗與應用研究。

1 液壓支架端頭控制器集中控制設計

液壓支架電氣控制系統(tǒng)主要由防爆計算機、端頭控制器、各架間的控制器組成。其中，防爆計算機主要用于接收液壓支架運行狀態(tài)參數(shù)，并對參數(shù)進行記錄和存儲。端頭控制器主要功能是對現(xiàn)場液壓支架的實際工作參數(shù)和工作面其他設備的工作狀態(tài)發(fā)出相對應的控制指令，同時向防爆計算機發(fā)送預警信號和故障信息，其是實現(xiàn)遠程監(jiān)測控制的核心器件[2]。架間控制器是具體控制某組液壓支架的直接控制裝置；同時架間控制器還裝備了位移、壓力等傳感器對液壓支架支柱壓力、推溜位移等參數(shù)進行采集，為端頭液壓支架提出控制指令奠定基礎。液壓支架一體化電氣控制系統(tǒng)組成如圖1 所示。

由圖1 可知，端頭控制器是實現(xiàn)液壓支架集中、一體化控制的核心，起著承上啟下的作用，主要承擔發(fā)送控制指令、接收設備運行參數(shù)、向防爆計算機上傳運行參數(shù)的功能。

圖1 液壓支架電氣控制系統(tǒng)組成圖

1.1 端頭控制器巡檢功能的實現(xiàn)

端頭控制器巡檢功能指的是能夠?qū)ΜF(xiàn)場各類傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行接收，其是實現(xiàn)集中、一體化控制和在線監(jiān)測的基礎。端頭控制器在現(xiàn)場傳感器采集數(shù)據(jù)支撐作用下，結(jié)合工況和實際運行參數(shù)對架間控制器發(fā)出控制指令；將控制指令和實時運行參數(shù)上傳至上位機供用戶直觀查看[3]。端頭控制器巡檢流程如下：從當前液壓支架的狀態(tài)參數(shù)判斷采煤機的位置，為集中控制奠定堅實的基礎；以采煤機為中心，對其前后15 架的狀態(tài)進行巡檢。

巡檢參數(shù)包括整體參數(shù)、局部參數(shù)、成組參數(shù)和端頭自動化參數(shù)。其中，整體參數(shù)主要包括移架、降柱、升柱、推溜的最長時間及推溜安全間距、移架壓力等；局部參數(shù)主要包括最小升架壓力、頂梁伸縮時間、極限壓力、移架壓力等；成組參數(shù)主要包括小循環(huán)參數(shù)、成組推溜參數(shù)、成組移架參數(shù)等；端頭自動化參數(shù)主要包括上下端頭的開啟與否、上下端頭反向開關與否等。端頭液壓支架巡檢流程設計如下頁圖2 所示。

圖2 液壓支架巡檢流程

1.2 端頭控制器集中控制功能的實現(xiàn)

端頭控制器集中控制功能是根據(jù)采煤機的實時位置并結(jié)合工藝要求對液壓支架的各項動作發(fā)出指令。對于綜采工藝而言，主要包括中間區(qū)段、斜切進刀、截割三角煤及返回中間段。其中，以斜切進刀和截割三角煤對應的工藝流程比中間區(qū)段和返回中間段的工藝流程復雜[4]。因此，實現(xiàn)對采煤機在斜切進刀和截割三角煤工藝時對液壓支架的精準、實時控制尤為重要。端頭控制器集中控制功能實現(xiàn)流程如圖3 所示。

圖3 端頭控制器集中控制功能流程設計

2 液壓支架電氣控制系統(tǒng)的試驗與應用

在對液壓支架電氣控制系統(tǒng)軟硬件（包括端頭控制器硬件、鍵盤顯示程序、遠程手動控制程序、集中控制追機拉架程序、故障報警、急停功能、錯誤狀態(tài)顯示功能等）調(diào)試成功的基礎上，對液壓支架電氣控制系統(tǒng)的性能進行試驗。

2.1 液壓支架電氣控制系統(tǒng)性能試驗

重點對液壓支架電氣控制系統(tǒng)的基本功能組成檢查試驗、工作穩(wěn)定性進行試驗。按照如圖4 所示的方式對被試組件進行連接，重點對單臺小循環(huán)、成組、煤機聯(lián)動控制功能進行試驗。經(jīng)試驗后得出如下結(jié)論：

圖4 受試系統(tǒng)連接圖

1）小循環(huán)功能試驗結(jié)論：選擇左右各一臺液壓支架為被控液壓支架，操作者按下“小循環(huán)”操作鍵后，相鄰液壓支架能夠按照指定動作運行，包括降架、移架、升降等；選擇左右各7 臺液壓支架為成組動作液壓支架，操作者按下“小循環(huán)”鍵后，成組液壓支架均能夠按照指定指令動作。

2）電氣控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定性試驗結(jié)論：系統(tǒng)在連續(xù)長時間運行后輸出電壓始終為額定值；系統(tǒng)連續(xù)長時間運行后始終能夠保證穩(wěn)定輸出狀態(tài)。

2.2 液壓支架電氣控制系統(tǒng)地面試驗

液壓支架電氣控制系統(tǒng)地面試驗主要對其遠程手動控制功能進行試驗。該項試驗主要是對液壓支架執(zhí)行指令動作的所需時間和反應速度進行試驗，在現(xiàn)場試驗后得出如下結(jié)論：

1）試驗人員按下“動作鍵”后，對應被控制的液壓支架會實時動作，即具有較好的實時性，可滿足實際生產(chǎn)需求[5]。同時，在反復試驗過程中能夠穩(wěn)定、實時執(zhí)行指令，并未出現(xiàn)誤動作或不響應的情況。

2）根據(jù)現(xiàn)場工況，設定端口控制器執(zhí)行每個指令的時間不超過5 s。經(jīng)反復試驗后，液壓支架動作執(zhí)行時間均不超過5 s，即動作速度滿足要求。

2.3 液壓支架電氣控制系統(tǒng)的應用

為驗證所設計液壓支架電氣控制系統(tǒng)在現(xiàn)場的應用效果，將其應用于實際工作面中，該工作面走向長度為200 mm，并為其配置了122 個液壓支架，現(xiàn)場液壓支架安裝如圖5 所示。

圖5 液壓支架現(xiàn)場應用

經(jīng)實踐應用并總結(jié)如下：在應用生產(chǎn)的一個周期內(nèi)，液壓支架電氣控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定通信，能夠根據(jù)采煤機實時位置等工況對各項動作進行實時、精準控制，并在故障發(fā)生前能夠?qū)崿F(xiàn)急停、閉鎖的控制功能；同時，電氣控制系統(tǒng)還能夠?qū)⒁簤褐Ъ苓\行參數(shù)及控制指令實時上傳于上位機，實現(xiàn)了遠程、集中控制。

3 結(jié)論

液壓支架為綜采工作面的主要支護設備，其與采煤機、刮板輸送機一起稱為工作面的“三機”，為進一步提升綜采工作面生產(chǎn)安全性和效率，提升液壓支架電氣控制系統(tǒng)的性能尤為重要。本文所設計的液壓支架電氣控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對設備集中、一體化、遠程控制。通過試驗表明：電氣控制系統(tǒng)的性能優(yōu)越、穩(wěn)定性良好，系統(tǒng)動作速度滿足不超過5 s 的要求；并經(jīng)實踐工作面驗證其在惡劣環(huán)境下也可正常通信、穩(wěn)定及時控制。