【摘要】基于传统液压控制模式难以满足煤矿井下工作面采掘设备远程、自动化控制的功能需求。为进一步提升生产作业安全性以及自动化水平，尝试将CAN总线技术与电液控制技术相结合，对电液比例控制的基本原理进行分析，并围绕CAN总线条件下的电液控制系统硬件配置与软件设计方案进行重点研究与阐述，仅供参考。
【关键词】煤矿；采掘设备；CAN总线；电液控制系统
在自动化技术水平不断提升，社会经济发展速度持续加快的背景下，各行业领域对能源的应用需求也在与日俱增。煤炭作为能源体系中的重要构成要素，直接关系到国民经济的发展水平。如何实现煤矿采掘设备的自动化水平，已成为业内人士高度重视的一项课题。CAN控制器局域网总线技术性能良好，设计可靠，目前已在机械、纺织、数控机床、医疗器械等相关领域中得到广泛应用。本文即尝试将基于CAN总线技术的电液控制系统应用于煤矿井下采掘设备中，以促进设备自动化水平的进一步提升。
1 电液比例控制原理
在煤矿采掘设备自动化控制的过程当中，基于电液比例控制的基本工作原理是：控制器负责输出电流控制信号，电液比例阀内电磁铁根据电流生成比例关系的电磁推力，推动阀芯，此过程中电磁力与阀口开启行程呈现正相关关系，液压系统压力以及流量可通过调节阀口开启大小的方式进行控制。与传统液压控制模式相比，基于电液比例控制的优势体现在如下几个方面：第一操作简便，遥控可行性高；第二具备较高的自动化水平，编程控制难度低；第三，工作状态平稳，有良好控制精度；第四，结构布置简单，系统具备良好节能效益。
2 CAN总线电液控制系统硬件配置
电气控制系统作为煤矿井下工作面采掘设备自动化控制的重点，提升自动化水平的关键在于引入电液比例控制技术，该技术对提升采掘设备生产效率，降低作业人员劳动强度有重要意义。同时，搭载远程遥控操作技术，能够在保障井下采掘作业面安全性的同时，优化作业人员生产环境。整套系统搭载基于CAN通信网络的分布式控制系统，引入PWM控制器以及人机交互操作界面，形成如下图（见图1）所示电液控制系统结构。
图1：电液控制系统结构示意图
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1）主控单元。电液控制系统主控单元构成装置包括控制变压器、电流传感器、断路器、电压传感器、电源、综合保护器、接触器等。通过上述装置的灵活配置，对前置传感器装置数据信息进行集中采集，对基于CAN总线网络以及分布式单元实时性数据进行全面交互与调节，同时与声光报警装置联动，在井下工作面采掘设备启动前进行电机预警，以保障设备运行安全。CAN总线配置中采用隔离中继器YHCB6方案，以支持CAN总线网络分布式节点电气隔离功能的实现，避免某段总线出现故障的情况下对其他节点产生不良影响。
2）分布式单元。分布式单元模块构成以PWM控制器装置为主，对高振动以及剧烈温度变化环境有良好适应性，同时兼具性能可靠以及体积小等一系列优势，在各类地面工程机械自动化控制中有良好的应用价值。基于CAN总线的电液控制系统中通过编程软件配置24路PWM输出，对应信号输出频率对电磁阀装置响应速度、控制精度进行可靠调节。通过调增PWM频率的方式控制电磁阀线圈，确保电流波动，但同时还需对电路电磁干扰情况进行兼顾，以降低电磁阀线圈装置功耗水平，提升关闭状态下的响应效率。
3）人机界面。搭载人机界面实现煤矿井下采掘设备与现场作业人员的沟通交流，方便作业人员对采掘设备运行状态以及故障参数进行及时获取与掌握，依托于人机交互界面将相关参数状态反馈至操作人员，确保设备状态的可控性。同时，在故障发生的情况下，可依托于人机界面反馈信息，对设备故障进行及时定位与查找，以缩短故障处理时间。整个操作界面模块组态软件以基于CAN总线的数据采集功能以及过程控制图库为核心，将包括油缸升降、电磁阀开启、履带转动方向、电机启停状态等煤矿井下工作面采掘设备相关执行机构的动作状态以图形方式直观呈现出来。
4）遥控单元。遥控单元的主要构成包括隔爆型遥控接收机装置以及控制发射器装置这两个部分。其中，遥控接收机装置可将自控制发射器所发出操作信息与相关指令进行集中接收，并搭载CAN总线传递至矿井采掘设备主控制器内部；控制发射器则对所接收控制信息进行分析，判断所对应执行单元是否为CAN总线所对应分布式节点，然后基于对控制系统状态的综合判定，评估动作的可执行性。对于判定为可执行的动作，经由CAN总线发送至相应控制单元，对信息指令进行具体执行与操作。
3 CAN总线电液控制系统软件设计
基于CAN总线的电液控制系统软件按照预定程序对执行单元进行动态控制，可划分为主控单元控制程序以及分布单元控制程序这两个部分，程序执行模式为模块化循环扫描，可读性理想。主控单元控制程序由传感器数据采样、故障处理、执行部件控制、以及程序初始化等相关模块构成，分布单元控制程序则由CAN总线节点处理程序、人机交互界面显示程序、遥控系统通信程序、以及电液控制程序等构成。基于模块程序功能差异，展开针对性结构设计、软件调试以及编写工作，在此基础之上根据逻辑关系对各部分程序功能进行组合。系统进行开始状态后首先执行程序初始化操作，然后对执行单元数据信息进行采集与处理，并经CAN总线检测，判断是否遥控控制信息，判断为是的情况下进行电液控制程序，并通过逻辑关系判定以及保护模块，传输至人机交互界面；判断为否的情况下经控制程序直接进入逻辑关系判定以及保护模块中，最终同样至人机交互界面输出。
4 结束语
在煤矿井下工作面采掘设备运行过程中引入分布式电液控制系统，能够极大程度上简化液压系统管路布置方案，确保液压系统运行的可靠性与高效性。操作人员可依托于远程遥控装置实现设备相关功能与操作，独立调节电业比例阀运行状态，并以设备动作流程为依据，保证井下作业面采掘设备自动化功能的实现。可以说，基于CAN总线电液控制技术在煤矿镜下采掘设备自动化控制中占据非常关键的地位，合理应用此项技术并加以推广对实现矿井自动化、数字化转型有非常重要的意义与价值。
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