藺萬鵬

（陽泉市上社二景煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

液壓支架是煤礦井下支護作業(yè)的核心，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井下支護效率和安全性。目前液壓支架多數僅具備簡單的升架、降柱、成組動作控制功能，自動化程度低、調控精度差，不僅無法實現對支護狀態(tài)的實時監(jiān)測，也無法實現液壓支架的跟機自動運行，已經無法滿足煤礦井下智能化綜采作業(yè)的需求，極大地影響了井下綜采作業(yè)的效率和安全性。

1 電液控制系統(tǒng)整體結構

煤礦井下綜采智能化的一個關鍵點是，液壓支架能夠對支護時的壓力進行感知，并對采煤機的相對位置進行判斷。通過對支護壓力的感知可及時調整支護時的支撐壓力，從而確保在整個支護過程中的穩(wěn)定性，避免出現支護失穩(wěn)現象；對液壓支架、采煤機的相對位置進行判斷，主要是能夠實現液壓支架的跟機自動運行，確保采煤機和液壓支架不會相互干涉，實現綜采面綜采設備的智能化聯動運行。

根據采煤機、液壓支架、刮板輸送機工作時的相對流程，本文提出了液壓支架電液控制系統(tǒng)整體結構，如圖1 所示[1]。

由圖1 可知，該控制系統(tǒng)主要包括上位機、下位機、感知層三個部分，上位機主要包括數據庫和監(jiān)控界面，主要用于將監(jiān)測結果顯示在監(jiān)控終端上，便于監(jiān)測人員及時掌握液壓支架的工作狀態(tài)，同時能夠在緊急情況下進行遠程調控，直接對相應的支架下達調整命令，提高井下液壓支架控制的靈活性。下位機是井下支架組的控制終端，包括一個下位機控制站及多個液壓支架控制器，各液壓支架控制器主要對支架的運行狀態(tài)信息進行匯總和分析，將結果傳輸給下位機，進行統(tǒng)一的數據分析，同時支架控制器用于接收各類調整命令，直接對各支架的運行情況進行調整，并對調整結果進行監(jiān)控，確保支架調整的精確性。感知層主要是分布在各個液壓支架上的傳感器，用于對支架的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并將監(jiān)測結果傳遞到支架控制器內。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)結構示意圖

2 支架控制器硬件結構設計

支架控制器是控制液壓支架運行和動作調整的基礎，其工作的穩(wěn)定性直接決定了支架調整的準確性和安全性。由于井下工作環(huán)境較為惡劣，因此需要控制系統(tǒng)內的各硬件設備在滿足控制性能要求的情況下具備極高的可靠性，同時為了便于在出現故障時進行快速調整和更換，要求控制系統(tǒng)的硬件盡量采用模塊化[2]的結構設計方案，在接口處采用標準協(xié)議接口，提高數據傳輸效率，也便于后續(xù)系統(tǒng)的擴展或者升級。該支架控制器硬件系統(tǒng)結構如圖2 所示。

圖2 支架控制器硬件結構

液壓支架的支架控制器與系統(tǒng)的電液控制裝置相連通，由支架控制器發(fā)出各類調節(jié)信號，對電液控制系統(tǒng)內的調節(jié)電磁閥、執(zhí)行油缸等進行調節(jié)，保證各液壓支架能夠根據系統(tǒng)發(fā)出的調節(jié)信號準確地執(zhí)行各類調整動作，實現井下支架的智能控制運行。

3 通信系統(tǒng)設計

該電液控制系統(tǒng)順利工作的核心是各類數據信息的快速傳遞，為了解決井下復雜電磁環(huán)境下信號傳輸干擾性大的難題，在系統(tǒng)內設置了雙路RS485 通信協(xié)議，用于保持液壓支架間數據通信的穩(wěn)定性，同時在系統(tǒng)內還設置了雙CAN 數據通信系統(tǒng)，用于實現井下巷道內主機和支架控制器之間的數據通信，該數據通信系統(tǒng)的整體結構如圖3 所示[3]。

圖3 數據通信控制結構示意圖

該控制系統(tǒng)采用了雙回路通信模型，能夠對數據收集和數據發(fā)送進行分路傳遞，可以有效提升數據的傳輸效率和抗干擾性。在系統(tǒng)內設置了網絡交換機，采用了斯密特觸發(fā)反相器控制，能夠對輸入信號進行快速的濾波處理，消除信號內的雜波，提高輸入信號的穩(wěn)定性。

煤礦井下地質條件較為復雜，不同工況下的液壓支架控制需求也不統(tǒng)一，因此對控制靈活性要求較高。經過對多種控制模式進行分析后，最終確定了“就地控制為基本、遠程控制為主體”的控制模式。在就地控制的過程中，員工在支架控制器終端直接下達控制指令，控制支架組完成成組動作，實現井下液壓支架組小范圍內的協(xié)同運行控制。遠程控制主要是由員工在地面控制中心發(fā)出各類調節(jié)指令，經過通信系統(tǒng)傳輸到井下支架控制器終端，實現對各支架運行的靈活控制。

目前該支架控制系統(tǒng)已經在多個巷道投入應用，根據對其工作狀態(tài)的跟蹤，其運行時的調節(jié)反應時間由最初的3.4 s 降低到了目前的0.357 s，支架調節(jié)反應時間縮短了89.5%；液壓支架在調節(jié)時的精度由最初的±0.18 m 降低到了目前的±0.02 m，顯著地提升了控制系統(tǒng)的反應靈敏性和控制精度，對保證井下液壓支架組的運行可靠性具有十分重要的意義。

4 結論

1）該控制系統(tǒng)主要包括上位機、下位機、感知層三個部分，能夠保證在不同情況下直接對相應的支架下達調整命令，提高井下液壓支架控制的靈活性。

2）雙路RS485+雙CAN 數據通信系統(tǒng)，能夠對數據收集和數據發(fā)送進行分路傳遞，可以有效提升數據的傳輸效率和抗干擾性。

3）就地控制為基本、遠程控制為主體的控制模式，具有高度的靈活性，可以滿足不同工況下的控制需求。

4）該控制系統(tǒng)能夠將支架調節(jié)的反應時間縮短89.5%，將液壓支架的調節(jié)精度保持在±0.02 m，對保證井下液壓支架組的運行可靠性具有十分重要的意義。