SAC型液压支架电液控制系统在耿村煤矿的应用

张雪锋

（河南大有能源股份有限公司，河南省义马市，472300）

SAC型液压支架电液控制系统在耿村煤矿的应用

张雪锋

（河南大有能源股份有限公司，河南省义马市，472300）

介绍了耿村煤矿13160综放工作面SAC型液压支架电液控制系统的组成和基本工作原理，深入分析了耿村煤矿SAC型液压支架电液控制系统实现的功能，并对产生的效益进行了总结。

SAC型液压支架 电液控制系统 综采工作面 自动化控制

耿村煤矿坐落在河南省渑池县城南，井田东西走向4.5 km，南北走向2.8 km，面积12.6 km2，可采储量15204.4万t。2011年5月，耿村煤矿依靠科技进步，安装了义马煤业集团首个自动化13160工作面，该工作面液压支架采用国内最先进的SAC型电液控制系统，实现了液压支架跟机自动化控制，保证了13160工作面的安全、高产和高效生产。

1 SAC型液压支架电液控制系统概述

SAC型液压支架电液控制系统将工作面所有液压支架的控制器单元互联成为一个集成化的网络系统，该系统将电子技术、计算机控制技术和液压技术集为一体，能够控制液压支架自动完成所有动作，并能根据采煤机的位置、行进方向和速度等参数自动完成成组液压支架的移架、推前部刮板输送机、放煤、拉后部刮板输送机等动作，从而实现工作面液压支架的自动控制。

2 SAC型液压支架电液控制系统组成

SAC型液压支架电液控制系统是由支架控制器、人机操作界面、传感器 （压力传感器、行程传感器、位置传感器）、电液阀组 （电磁先导阀和液控换向阀）、电源箱、隔离耦合器、网络变换器和监控主机等装置组成。

2.1 支架控制器

支架控制器是电液控制系统的核心部件，工作面的每一台液压支架都要装备一台支架控制器。支架控制器相当于一台微型专用计算机，软件存放在控制器的存储器内。支架控制器接收到不同的控制（按键）命令后执行不同的程序段并输出不同的结果，之后由电磁线圈驱动器译码成某个电磁先导阀的指定线圈得到高电平，进而控制阀组切换某一油缸的上、下腔和进液、回液管路的连接，此时活塞杆进行升降或伸缩动作，最终实现液压支架的升降或伸缩动作。控制器有8个输入口 （C1-C8）分布在控制器的后面，其中3个CAN通讯接口分别连接左、右邻架及本架人机操作界面；4个传感器接口分别连接推移行程传感器、前柱压力传感器、后柱压力传感器和红外线接收传感器；1个接口连接放顶煤键盘。控制器有10个 （D1～D10）电磁先导阀驱动输出接口，可驱动的电磁阀为10个单元 （20个线圈），可以控制20个功能的电液阀组，完成液压支架20个动作的控制。

2.2 人机操作界面

人机操作界面由1个40 mm×80 mm的OLED汉字显示器、21个操作按键、24个指示灯、1个蜂鸣器和1路CAN通讯接口组成。人机操作界面可实现以下功能：

（1）操纵液压支架的所有动作。根据操作者的命令，可以实施本架及左、右邻架单动作控制、成组自动控制、就地闭锁和紧急停止等操作。

（2）功能设置和参数修改。按键操作可以对电液控制系统进行一些功能设置和参数修改。

（3）显示控制系统的状态信息。人机操作界面提供的汉字显示窗口可以显示控制 （工作）状态、故障错误信息、设置及参数值、检侧值等状态信息，各种LED状态显示及蜂鸣器作为信息媒体可以使系统与操作者之间得到良好的沟通。

2.3 传感器

为了实现对液压支架的自动控制功能，需要在控制器上插接各种传感器。传感器相当于控制系统的感觉器官，随时给控制器反馈液压支架动作的进程和采煤机的位置及行进方向，给自动控制过程提供依据。

（1）压力传感器。压力传感器插入立柱测压孔中，用来检测支架立柱下腔内的液压力并实时监视支架的支护状态。压力传感器把连续变化的压力信号转换成模拟的电压信号，之后传给支架控制器并向系统提供控制过程的重要参数，这给立柱的自动升降提供重要依据。

（2）行程传感器。行程传感器装在推移液压缸中，用来检测推移千斤顶活塞杆的移动行程值，而行程值代表的是支架或刮板输送机所处的位置，是控制过程的重要依据。

（3）位置传感器。位置传感器 （红外线接收传感器）固定在支架的立柱上，用来接收固定在采煤机上红外线发送器的信号，进而实时监测采煤机的位置及行进方向，这给支架自动控制提供依据。

2.4 电液阀组

电液阀组为单元组合结构，每个单元都包括电磁先导阀和对应的液控换向阀。电磁先导阀是靠电磁线圈通电产生的吸力而动作的，一个单元有两个电磁线圈，分别控制两个动作。电磁先导阀的动作除了靠电磁线圈的吸力，还可以直接按压推杆的外端带动先导阀芯动作。推杆外端封有胶护罩，供手动按压。在停电、电控系统有故障或其他临时不使用电控系统的情况下，作为应急操作可直接按推杆使先导阀动作。

2.5 电源箱

选择本安防爆型电源箱，输入127 V交流电压，输出12 V直流电压给支架控制器供电。

2.6 隔离耦合器

隔离耦合器接在由不同电源供电的相邻两组支架控制器之间，目的是将两组支架控制器实施电气隔离，并为电源引入各组提供通道。隔离耦合器内部有4个光电耦合器件为两条数据通信线双向信号传输提供通道。

2.7 网络变换器

网络变换器只能接在工作面一端，可实现以下功能：

（1）网络检查。进行电液控制系统网络完整性检查。

（2）数据汇集。收集工作面支架控制单元动作、传感器数据和支架控制器状态等数据。

（3）数据上报与数据下传。将收集的数据发送到井下电液控制系统的监控主机，并接收监控主机发送来的参数修改和跟机控制命令，并将控制命令转发到工作面执行。

（4）采煤机位置的分析与确定。接收控制器发送来的采煤机位置信号，并对位置信号的有效性进行分析，然后确定采煤机位置。

（5）跟机自动化参数存储与跟机自动化控制。在网络变换器中保存跟机自动化参数，通过网络变换器参数的设置，来确定工作面自动化控制的控制权是由井下监控主机来完成还是由网络变换器来完成。当网络变换器具有跟机自动化控制权时，可由网络变化器根据采煤机位置发出跟机控制命令。

2.8 监控主机

监控主机安装在运输巷控制中心，可实现以下功能：

（1）汇集并存储工作面支架控制器传来的数据，并在屏幕上显示数据信息。

（2）可设置输入控制参数，发出命令控制工作面支架。

（3）在装备有采煤机位置检测系统的工作面，主控制器可与采煤机位置检测系统数据通信来监视采煤机位置，实现以采煤机运行位置为依据的支架自动控制。

（4）通过本安型光纤环网交换机将电液控制系统数据报送到地面调度指挥中心的监控主机上。

3 SAC型液压支架电液控制系统工作原理

在每台液压支架上均安装支架控制器、人机操作界面、压力传感器、行程传感器和控制电缆等装置，组成单台支架单元的控制系统。支架的控制单元由电源箱供电，每个电源箱输出两路直流电源，每路电源可以给4个支架控制器单元供电。不同电源回路之间的支架控制器使用隔离耦合器实现电气隔离和信号握手。支架控制器是电液控制系统的核心部件，通过每台支架上的人机操作界面可以发出各种控制命令，通过控制电缆将命令发送到本架控制器上，然后通过控制器将控制命令转发到邻架（或远程支架）控制器上，执行动作的支架控制器接收到控制器命令后，打开相应的电磁阀驱动电路控制相应的电磁阀动作。为了实现支架动作的闭环控制，使用压力传感器对支架立柱升降进行监控，使用行程传感器对支架的拉架、推溜以及拉溜过程进行监控。通过设置配合时间、压力和行程参数，编制支架的自动移架程序，实现支架的降、移、升自动控制。通过系统的网络通信功能，可实现成组控制功能。通过井下运输巷的监控主机进行工作面支架电液控制系统的集中控制与集中管理，实现工作面支架自动控制。

4 SAC型液压支架电液控制系统实现的功能

SAC型电液控制系统在耿村煤矿应用后实现的功能包括以下几个方面：

（1）能够控制液压支架19个功能动作：前、后立柱升；前、后立柱降；推溜、拉架；护帮伸、收；前梁升、降；侧护板伸、收；尾梁伸、收；插板伸、收；拉后溜；伸缩千斤顶伸、收。

（2）实现液压支架单台降、移、升自动顺序控制及单台液压支架的自动顺序放煤。

（3）实现液压支架成组自动移架、自动推溜、自动拉溜、自动伸收护帮板和前梁等控制。

（4）实现液压支架跟机自动化控制。

（5）实现参数修改与掉电保护功能。

（6）实现通讯网络自动在线检测、传感器在线检测与自适应、电磁阀驱动电路在线检测等功能。

（7）实现井下工作面液压支架集中检测与集中控制功能。

5 效益分析

SAC型电液控制系统在耿村煤矿的成功应用满足了矿井生产自动化的要求，在煤矿生产中发挥了积极作用，具有较大的社会效益和经济效益。

5.1 社会效益

（1）SAC型电液控制系统操作简单，易于实现，对液压支架的控制实时性好且可靠性高。

（2）SAC型电液控制系统中检测技术和计算机技术的应用提高了液压支架工况和控制过程的信息化程度及监控功能，这使得液压支架的故障时间大大降低，为矿井生产的安全可靠、高产高效提供了极大的保障。

（3）SAC型电液控制系统对液压支架的自动化操作提高了工作面工作人员的安全性，从2011年6月13160工作面正式生产到2012年6月底13160工作面生产结束，SAC型电液控制系统投入使用期间耿村煤矿未发生一起人员轻、重伤事故。

5.2 经济效益

（1）SAC型电液控制系统通过对液压支架的成组自动控制，提高了液压支架的动作速度和自动化程度，一方面减少了操作工人的劳动量，另一方面提高了综采工作面的生产效率，达到了减人增效的目标。耿村煤矿13160自动化工作面支架操作工和维修工较其他工作面减少12人，仅此一项节约人员工资费用超过80万元。

（2）电液控制取代手动液压控制能够提高控制质量，减少人工控制的随意性和不准确性，进而减少液压支架事故的发生和配件消耗，耿村煤矿13160自动化工作面从投产到结束节约的密封、立柱、阀等配件费用在70万元以上。

Application of electrohydraulic control system of SAC-type hydraulic supports to Gengcun Coal Mine

Zhang Xuefeng
（Henan Dayou Energy Co.，Ltd.，Yima，Henan 472300，China）

The constitution and the basic working principal of electrohydraulic control system of SAC-type hydraulic supports at 13160 fully mechanized caving face in Gengcun Coal Mine were introduced.The functions of the system were analyzed in detail and the achieved profits were summarized too.

SAC-type hydraulic supports，electrohydraulic control system，fully mechanized caving face，automation control

TD355.4

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张雪锋 （1966-），女，河南洛阳人，1997年毕业于河南理工大学机电专业，本科，现任义煤集团机电设备租赁站工程师，主要从事工作面设备选型、三机配套、矿压观察分析、设备技术改造和技术创新等方面的研究。

（责任编辑 路 强）