(山西兰花科技创业股份有限公司唐安煤矿分公司 山西高平 048407)
摘要：电液控制系统可以在实施液压传动的过程中，接收由电源组织输出的模拟信号和数字信号，进而使整个电液环境中的电子流量始终处于成比例受控的情况下。常规的电液控制系统由指令原件、比较元件、电控器、比例阀、液压执行器、检测反馈元件等几类设备组织构成。其中，指令原件可控制电液信号的产生与输入行为，并将这些反馈数据传输至比较元件中，再借助电控器设备，放大原始的电液信号条件。比例阀能够根据液压执行器的运转现状，调节检测反馈元件在液压支架体系中的连接状态，进而使电液信号的实际输出量逐渐接近理想化数值水平。
关键词：煤矿；液压支架；电液控制系统
引言
液压支架作为煤矿开采的主要设备，对于确保煤炭的生产安全具有决定性的影响，因此，确保液压支架能够始终处于正常的工作状态具有十分重要的现实意义。电液控制系统是液压支架实现自动化运行的重要保障，其中融合了液压、控制、传感器监测、通信以及计算机等多种技术，是煤矿井下生产的一项综合性技术。当前，液压支架电液控制系统在煤矿开采中得到了非常广泛的应用，其通过替代传统的人工操作，能够对单个支架的单动作和成组支架动作的顺序进行科学合理的控制，进而能够实现液压支架自动控制为主，人工远程干预为辅的自动化生产模式，从而降低了生产工人的劳动强度，提高了煤炭生产的经济效益，促进了煤矿生产企业的可持续发展。
1液压支架系统原理
液压支架主要通过高压液压油驱动支架构件而产生各种动作，液压支架具有低震动、低噪声、支撑强度高等特点，被广大采矿企业在采煤过程中所使用。液压支架的日常操作与各个结构类型没有多大关系，但是与液压支架的液压系统的液压油循环回路有较大关系。液压支架的各个动作不复杂，并且在整个工作面支撑过程中也是进行了相同的工序，重复性较高。液压支架的每个构件的工作状态都不一定完全相同，工作面设置有许多液压支架，但各个液压支架的每个动作都是独立进行。根据系统指令也有可能同时产生动作，如果布置液压支架较多，整个工作面就会呈现复杂的工作状态。液压支架被高压液压油所驱动后会产生降落、移架、支撑、推移输送机以及防护等动作，在煤矿恶劣的环境中，液压支架能够满足安全要求，不会产生电火花、剧烈震动、高噪声，并且可以实现井下狭小工作面的机械化工作状态。
2煤矿液压支架电液控制系统设计
2.1硬件构成
液压支架电液控制系统主要由软件、硬件2个部分组成，在设计液压支架电液控制系统时，首先需要设计硬件系统。液压支架电液控制器主要分为微处理器、通信模块、电源模块、I/O模块以及人机交互模块等部分。微处理器多采用的是高性能增强型单片机，可以采用ARM或是DSP作为主控芯片，用以完成复杂的数据计算和信息处理工作。电源模块部分选用24V开关电源作为供电电源，液压支架电液控制器硬件电路选用3.3V的电源芯片，以此来将输入电压转变为控制板上所需要的低电压，为保证供电质量，在液压支架电液控制器中还需要加设滤波和抗干扰功能，以此来为液压支架电液控制器提供低耗能、低噪声、抗干扰能力强的供电。存储模块选用是高性能大容量固态硬盘与内存，其中大容量的内存能够满足液压支架电液控制器繁复的命令存储与运算需求，而大容量的硬盘可以将液压支架电液控制器的运行信息、数据等充分地记录下来，满足后期调用检查与维护。I/O模块主要用于对输入输出信号进行处理。液压支架电液控制系统中不仅接收了大量的数字信号，同时也会接收大量的模拟信号，I/O模块通过加装专用的数字和模拟模块，来将相关信号转换为计算机能够识别的数字信息，MCU通过对输入的信息进行处理，液压支架电液控制系统自动控制程序或是人机交互界面由人工操作所产生的控制信息，将经由I/O模块转换为现场液压支架电液控制阀等能够识别的控制电压、电流等，完成对于液压支架的电液控制。传感器主要用于对液压支架各部分的数据进行采集和分析，例如：液压支架液压压力、采煤机移动距离、电流电压等，由于需要采集的信号众多，因此，需要结合现场的实际情况合理地对传感器的型号、数量进行选取，做到最优配置。如果需要对模数混合信号进行采集，可以选用多路信号采集器。液压支架电液控制系统采用CAN总线完成控制主机与各终端之间的通信连接。电磁驱动模块通过对数字信号进行解读，并转换成模拟电压信号来控制各电磁阀的开度。人机交互界面主要用于输入操作人员的在线监控与指令，并可根据实际情况对相关的参数进行修改或设置。
2.2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。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1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。
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图1支架顺序联动控制流程示意图
2.3大数据故障诊断引擎设计
诊断引擎是整个系统诊断功能得以充分发挥的关键节点，其主要构成包括数据加载模块、分类预测模块和结构存储模块。作业过程中，加载模块借助分布式系统对数据实施降维处置，使其复杂程度大幅降低，以便于缩减后期运算复杂程度，提升预测准确性；分类预测模块的主要功能是将不同的故障信息筛选汇总，通过整合分析获得各自独有的特征曲线，并将其与预存数据比对后确定故障类型，进而对外输出；结果存储模块的主要功能是将并行处理的中间结果数据和分类预存数据存储至分布式文件系统中。数据分析是采用C4.5决策树分类算法对故障样本进行分类，但由于常规的C4.5决策树分类算法基于串行模式开展设计，使用中只能在所有数据均导入内存的情况下才能进行分数筛选和比对处理，使得处理效果大打折扣。因此，在本次研究中，运用MapReduce（编程模型）对分类算法实施优化，将并行算法作为各故障诊断识别的核心，运用后剪枝技术改善以前C4.5决策树分类算法应用中存在的不稳定且易过度拟合的不足，进而提升决策的准确度。
结语
煤矿井下开采面环境恶劣，地质条件复杂，采用液压支架能有效保障开采过程中的支撑强度，确保作业人员及机械设备的安全性。目前液压支架的电控系统还有待进一步完善之处，硬件选型缺乏科学性和实用性。通过设计液压支架的硬件装置，组成各个硬件的最优组合，应用于液压支架的电控系统。通过在现场实际应用结果显示，设计出的电控装置及其硬件选型均能满足现场实际应用要求，提高了井下作业的快速反应、快速移动的工作效率，为矿井井下机械自动化设计研发提供了依据。
参考文献：
［1］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.
［2］张雪梅.基于大数据的液压支架电液控制系统故障诊断［J］.工矿自动化，2018，44(12)：34-38.