谈液压支架电液控制系统设计

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摘要：支架作为矿井生产中不可或缺的关键设备，其运行质量对矿井生产综合效益有重要影响，而现有的支架控制方式存在精准度低、联动性差、动作滞后等不足。针对这些不足，研究提出了一种基于PLC技术的液压支架电控系统，并对该系统的单体结构设计、配套硬件设计和操作系统软件设计等进行全面的总结分析，希望能够为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。

关键词：矿井；液压支架；电液控制；系统设计

长期以来，煤炭作为中国社会经济持续发展的基础性能源，被各行各业广泛使用，并将在未来很长一段时间内继续作为中国能源的关键基础[1]。为了满足国家发展对煤炭的需求，推动煤炭生产所需各类设备的不断升级势在必行。其中，井下液压支架作为煤炭作业中不可或缺的支护设备，分布于整个综采作业面，并与井下采煤机和刮板运输机实行联动控制。但现阶段井下所用液压支架存在精准度差、动作滞后、联动性不足等问题，对井下作业效率的全面发挥有一定的负面影响。有鉴于此，开展针对井下液压支架控制系统的优化研究，提升作业自动化水平，对于矿井的长久发展意义重大。

1液压支架电液控制系统单体结构设计

对于井下综采作业而言，其作业面的液压支架电液控制系统是对作业面多个单体液压支架的综合控制，所有支架控制过程是完全相同的[2-3]，图1即为单支架电液控制系统结构示意图。分析图1可知，单个支架的液压控制系统囊括有控制模块、信息采集模块、显示模块和电源模块等，其中，控制模块负责信息指令的；信息采集模块负责设备运行状态信息的收集，属于整个控制系统的核心组件。在信息采集中，压力传感装置布设于支架立柱测压孔处，用于实时测定立柱液压油缸内的作业压力；位移传感装置布设于推移液压油缸的上部，用于测定液压油缸的位移状况。作业时，信息采集模块将所采集数据信息传递至控制模块，并结合布设于采煤机特定位置的红外发生装置和液压支架控制设备下的红外接收装置，实现对采煤机和液压支架相对位置的判定，以确保跟机作业真正实现自动化。完整的综采电液控制系统共包含各类控制阀12组，在电磁先导阀作用下实现对各支架动作的有效控制，确保整个作业面控制的统一性[4-5]。系统的控制功能基于信息采集模块所收集到的数字信号开展，从而实现对支架动作的精准操控。为了保障整个系统运行的稳定性和连续性，电源模块所用供电系统为每组5个控制器的双路直流电源，图2即为电液控制系统液压作业原理示意图。在整个系统中，面对不同工况，支架液压缸活塞杆端部载荷是存在差异的，但载荷最大值不超过3MPa。

2系统硬件设计分析

图3为液压支架电液控制系统硬件结构示意图。相较于以往的支架控制系统，电液控制系统在单体支架控制系统的基础上增设了电磁驱动装置，单台支架的控制系统包含控制模块、显示模块、信息采集模块、电源模块和驱动模块等。整个系统的核心组件为可编程控制器，系统内部各单元间的数据交互依托CAN总线结构达成。当控制器将数据采集模块所采集到的信息上传至上位机后，上位机结合系统指令与电流信号实现对电磁先导阀开合的控制，进而达成对支架油缸的操控，实现支架单体单元、组成控制等的联动操控。在控制液压支架群组时，系统通过CAN总线实现对全过程的闭环控制。结合实践经验，该系统作业时支架动作速度、动作量和动作耗时全部与采煤机的运行效果息息相关，这说明采煤机作业位置对支架状态有着直接影响。因此，采煤机的牵引速度对支架前进速度也有直接影响。此外，液压支架支护方式同样对支架移动有明显的影响。为了确保支架作业能够满足快速支护、移动和收撤作业的要求，运用所设计的系统能够优化支架控制流程，精简操作工序，从而实现快速移动的目标。

3支架顺序联动软件设计分析

作业时，作业面单个液压支架的顺序联动需借助控制系统的智能控制方能完成[6]。结合实际生产需求，单个液压支架需在10s内实现连续动作。可以说，单个液压支架顺序联动的质量关键在于能不能在规定时间内实现规定动作。在所设计的控制方案中，操作人员只需通过操控界面选定所需操控的支架，支架便可进入自动控制模式。随着系统联合动作按钮的闭合，系统开始运行，控制器操控动作机构执行相应动作，并向各需动作支架提供一个预动作信号且延时2s后关闭提醒。这时，支架配设的各类感应装置开始采集支架作业信号，同时支架活塞杆开始下降。当其下降至指定位置后，架柱电磁阀关闭，并同步开启支架移动电磁阀，支架开始进行移架并在移至指定位置后关闭移架电磁阀，随后再次开启升降电磁阀，控制支架恢复至指定支护数值，从而完成完整的支架循环。图4即为支架顺序联动控制流程示意图，其中，Y代表指令检验通过，N代表指令检验没通过。

4结语

液压支架作为矿井生产安全防护中不可或缺的关键设备，其作业质量对矿井生产综合效益有直接影响。在实际生产中，积极组织专业技术人员，将PLC技术应用到液压支架控制系统中，构建自动化的液压支架电液控制系统，实现支架液压联合控制精准度和自动化程度的显著提升，不仅可以大幅缩短支架状态转换所耗时间，还能够极大地提高液压支架的作业效率和作业可靠性，从而为综采作业面生产的持续安全开展提供坚实保障。

参考文献：

［1］郑俊鹏.综采液压支架电液控制系统应用研究［J］.当代化工研究，2019(13)：92-93.

［2］程建斌.综采液压支架电液控制系统应用研究［J］.江西化工，2019(5)：161-163.

［3］昝磊，张肖伟，刘永平.SAC型液压支架电液控制系统在综放工作面的应用［J］.同煤科技，2019(5)：34-36.

［4］郭计云.液压支架电液控制系统在煤矿开采中的应用［J］.内蒙古煤炭经济，2019(16)：183.

［5］刘立平.薄煤层液压支架电液控制系统设计［J］.机电工程技术，2019，48(9)：217-218.

［6］王思威.综采液压支架安装电液控制系统技术［J］.电子技术与软件工程，2019(18)：126-127.

作者：张洁 单位：大同煤矿集团机电装备制造有限公司