摘要：根据液压支架电液控制系统在国内外的应用现状，介绍了综采工作面液压支架电液控制系统的组成和功能，并自主设计了液压支架控制器、采煤机位置检测系统、巷道主机和本质安全型网络。实际的推广应用表明液压支架电液控制系统可实现液压支架就地控制、远程监控及其配套设备跟机自动控制。
关键词：电液控制系统;液压支架;巷道主机;自动控制
支护问题一直是困扰煤矿安全生产、产量和效率的重要问题。液压支架电液控制系统的出现和发展，从根本上改变了井下工作条件，并为煤炭的高效高产迅速提高奠定了基础。液压支架电液控制系统是目前液压支架最先进的控制方式，是综合运用计算机、通信网络、传感、机械、电子、控制等技术于一身的一项高技术产品。控制系统将原来的手工操作改为自动控制、程序化操作，它按采煤工艺实现对综采工作面液压支架的监测和控制，使液压支架与其他机采设备协调运行，充分发挥机采的生产效率。然而，这项技术在我国发展缓慢，设备一直依靠进口。近期我国煤炭机械制造企业和煤炭生产企业对液压支架电液控制系统的国产化高度关注，大力开展研发工作。
1液压支架电液控制系统组成
电液控制系统结构如图1所示，系统主要由地面主控计算机、井下交换机、巷道主机、耦合器、支架控制器、电源、传感器、电磁阀、网络终端器和通信网络组成。传感器和电磁阀作为支架控制器外围设备，工作面每6~7个支架控制器分为1组，由独立的双路电源供电，组与组之间经隔离控制器连接。
系统中所有支架控制器靠电缆互联成网络，电缆从端头架控制器开始顺序将全部支架控制器联接起来(在组分界点经隔离耦合器中介)，支架控制器单元利用干线电缆互联成网络，支架控制器之间采用全双工串行通信，全局间采用本安型CAN总线通信，实现综采设备数据上传与下载。机巷集控室中的巷道主机作为监控系统的重要组成部分，实现综采工作面液压支架、采煤机和其他配套设备的工作状态远程监控。
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图1电液控制系统结构
2国内外应用现状
经过几十年的研究和实践，国外液压支架电液控制系统得到了长足的发展，目前控制系统实现工作面自动移架、自动推刮板输送机、自动放煤、自动喷雾等成组或单架控制，同时还可完成综采面设备远程控制和系统故障诊断等功能。目前，国际市场上主流液压支架电液控制系统有：PM31、PM32电液控制系统，PM4电液控制系统，Pra_matic电液控制系统和RS20电液控制系统，这几种控制系统凭借产品的高性能和高可靠性垄断了全球市场。
虽然我国对液压支架电液控制技术研究相对于国外起步较晚，但具有良好的发展势头。国内ZE07-01型支架电液控制系统于2009年3月在平煤股份六矿开展井下工业性试验，效果良好，该支架电液控制系统现已在平煤股份六矿、淮南矿务集团谢桥煤矿、永城正龙煤业城郊煤矿等投产运行。然而目前国产液压支架电液控制系统存在问题有：本安电源的容量较小，不能很好地满足国内为提高开采效率而要求的同时执行多个动作，需要提高本安电源的容量;电液先导阀和高压过滤器的过滤精度较高，对液压介质洁净性、稳定性的要求要比普通支架系统的要求要高得多，通常需要配备水质净化装置;国产电液先导阀整体性能与国外产品相比存在差距。
3液压支架电液控制系统设计
液压支架电液控制系统主要由支架控制器子系统、采煤机位置检测子系统、巷道主机和本质安全型通信网络4个部分组成。支架控制器子系统是整个液压支架电液控制系统的核心部分，它完成对液压支架的各种动作控制，如邻架控制、单架远程控制、成组手动同步控制、成组自动异步控制等，此外，通过采集压力、位移、红外、电压和电流传感器的反馈数据，检测出液压支架的工作状态，并通过本质安全网络传输给巷道主机。支架控制器子系统根据采煤机位置检测系统对采煤机的实时定位信息，可以实现综采工作面的跟机自动化。巷道主机通过CAN总线网络对支架控制器及相关配套设备进行监控，参与液压支架工况自动耦合控制、采煤机自动跟机及其三机配合联动。
3.1液压支架控制器的设计
液压支架控制器作为支架控制器子系统的核心，采用新型电液控制技术，实现了液压支架动作与工况自动耦合，同时引入复杂环境下网络通信技术，保证了架间和全局控制器间实时可靠的网络通信。控制器通常采用高性能微处理器，如ARM、DSP等，也可采用高性能增强型单片机，液压支架控制器硬件组成如图2所示，主要包括基本配置单元、数据采集单元、通信单元、电磁驱动单元和人机交互单元。
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图2液压支架控制器硬件结构
在基本配置单元中，电源模块采用开关电源芯片，输出稳压33V，外加相应滤波电路后可较好地抗电磁干扰，达到高精度、低功耗和低噪声的电源品质;存储模块中I2C存储器用于存放系统运行的重要信息，如故障记录、人机交互指令等。数据采集单元实现支架压力、移架行程、采煤机位移以及控制器电压电流的监测，采用多路信号采集器可方便完成模数混合信号的采样。通信单元中通过串口协议进行邻架控制器通信，CAN总线实现控制器全局网络通信及其与机巷集控室主机实时通信，I2C总线协议可用于人机交互单元数据的读取。电磁驱动单元根据本架或邻架控制器发出的动作指令，通过电磁驱动电路来控制电磁阀的动作，驱动单元可实现多路信号输出，并能对驱动电路进行在线检测。人机交互单元中键盘和液晶屏完成了对控制器实时有效的监控，操作者通过键盘发出液压支架的邻架控制、成组自动控制、就地闭锁、紧急停止等指令，还可设置或修改参数，使系统更加灵活和通用，液晶显示窗口用于实时反馈操作指令的状态，保证操作者通过应用程序菜单直接有效地控制支架。
3.2采煤机位置检测系统设计
采煤机位置检测系统采用红外线定位方式，在每一台液压支架和采煤机上安装一套位置检测系统，在现场应用过程中，为了增加系统的通用性，液压支架上安装的位置检测系统工作于接收模式，采煤机上安装的位置检测系统工作于发送模式，两者硬件相同，只是软件不同。
微处理器通过调制模块产生固定频率的脉冲序列作为载波信号，对要发射的信号进行调制，增强抗干扰性和传输距离，发射模块完成红外线的发射，红外接收模块负责接收红外信号并能解调，将解调后的信息经控制器处理后得到采煤机的位置，DAC模块则指示采煤机所处位置，同时也可经RS485通信总线将位置信息传输给支架控制器，为液压支架跟机操作提供依据。
4结束语
液压支架电液控制技术是综采自动化的核心技术，是国际采煤技术发展的方向之一，笔者结合国内综采工作面现场情况，研制了液压支架电液控制系统。该系统结构简洁、性能可靠、功能较完善、成本较低，可满足不同条件的工业现场，目前已经进入推广应用阶段。随着我国对液压支架电液控制技术的深入研究，以及国产液压支架电液控制系统的推广应用，将进一步提升我国综采自动化水平。
参考文献
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