薄煤层工作面液压支架的电液控制

苗丽华

（兖州煤业股份有限公司综机管理中心 山东 邹城 273500）

1 薄煤层工作面支架电液控制系统部件选型

1.1 薄煤层工作面狭小空间内的支架电液控制系统一体化设计

相比原来的未使用电液控制系统的薄煤层工作面，电液控制系统的布置需要在支架上添加电控设备，通过现场工业总线互联为网络，实现通讯与控制功能，如何既保证设备使用的方便性又保证防护性能，狭小空间内的设备布置就需要重新设计。除此之外工作面需要提供通过支架对运输机的俯仰控制，在采煤机下风向提供喷雾降尘操作。

完成了对电液控制系统的元部件的选型。全工作面电液控制系统均是采用专为薄煤层设计研发的一体化电液控制系统，该系统具有结构紧凑、方便维护等优点。具体体现在以下几方面：

1.1.1 新研制KDW127/12(A)型单路矿用隔爆兼本质安全型稳压电源。改变了以往双路供电的模式，该电源最大的特点是体积小巧，大大节省了支架上的空间，为电液控制系统其他部件的布置提供了更多的空间。

1.1.2 一体化电液控换向阀的使用。一体化电液控换向阀具有紧凑的结构，其在纵向所占用的空间有114mm，仅为同类型产品大小的1/2，保证了支架处于最低位置时各种元部件不干涉。通过在电液控换向阀内部集成支架过滤器，减少了辅助阀的数量。

1.1.3 支架控制器的使用。支架控制器安装于电液控换向阀的左侧，改变了以往支架控制器安装于主阀上侧或下侧的排布方式，在竖直方向上减小了元件布置空间。

1.2 系统配置

薄煤层工作面的投入产出比是体现系统经济性的重要指标，通过设计，控制薄煤层工作面电液控制系统的投入保证工作面良好的经济性。在系统配置方面主要通过保证运行经济性的基础上灵活安排，在人机界面，主控先导阀配置上减少工作面的一次性投入。

首先，减少工作面控制系统中的人机界面数量，使用每两个支架安装一个人机界面的形式，在控制方式上，在原邻架操作基础上添加隔架操作功能，此配置方式首次在薄煤层工作面上使用。这种配置方式的实现减小工作面电液控制系统设备投入的同时，也扩大单架的操作范围，减少工人的移动次数，降低工人的劳动强度。

其次，针对不同支架配置间隔排列不同功能的主阀，比如隔10个支架左右安装运调千斤顶，每隔10个支架安装喷雾阀，交错方式使用8功能、10功能主阀，使系统配置更合理、减小系统配置上的浪费。

2 薄煤层工作面液压支架自动化控制系统研究

2.1 单架、成组基本自动控制程序开发

SAC系统的主要功能是控制支架的所有动作,控制是在应用程序基础上进行,控制的条件是操作者通过键操作发出的命令（或是根据采煤机位置由主控制器发出的命令）、传感器检测的实时值和用户设置的各种参数。SAC系统发挥计算机网络控制技术的优势，赋予系统丰富的功能，使支架控制方便、灵活、协调、安全，尤其是应用程序修改的易行性和控制参数的多样及可调性，能做到控制功能与工作面条件和生产工艺要求尽可能好地配合适应。以下简要说明系统的主要功能：

2.1.1 单个支架的单动作控制

操作者在任意一个支架上，选定本架或左/右邻架为被控支架，要使该架进行某一动作，就按面板上相应的某一操作键。这是系统提供的最基础的初级功能。

2.1.2 单个支架的降移升控制

SAC控制器的程序将这三个主动作和包括与之关联的其他动作（如平衡千斤顶、抬底座等）协调连贯起来合成为一个大动作，自动按程序执行。每个单动作的进程及单动作之间的衔接与协调均以设置的参数及传感器实时检测的数据为依据。

2.1.3 支架成组动作控制

成组自动控制：从工作面的任何一个支架开始，向左或向右连续相邻的设定数量的支架被设定为一组，支架的某一动作（单动作或自动顺序联动的复合动作）在给出命令后从起始架开始运行，按一定的顺序在组内自动地逐架传递，每架的动作自动开始，自动停止，直至本组末架完成该动作为止。

2.1.4 支架跟随采煤机自动控制

这是支架控制的高级功能。要实现这项功能系统必须有采煤机位置检测装置和一台网络变换器。控制器必须把检测到的采煤机位置信息传给网络变换器，由网络变换器进行采煤机位置识别，并将采煤机位置传送给井下主控计算机。根据工作面的作业规程，确定采煤机运行到某一位置时哪些支架应该执行什么动作，这些操作要求被编成程序存入网络变换器和主控计算机中，网络变换器或主控计算机根据采煤机位置的信息指挥相应的支架控制器完成这些操作。

根据采煤工艺的要求编制程序，通过参数调整，在工作面不同位置不同区段支架控制器控制支架完成不同的工艺动作如自动移架、自动推溜等。

2.1.5 支架立柱自动补压功能

SAC控制器提供了一项称为PSA（Positive Set Automatic）的自动功能。电液控制系统在正常情况下，会定时检测支架立柱压力，立柱在支撑过程中如因某种原因发生压力降落，当压力降至某一设定范围时，系统会自动执行升柱，补压到规定压力，并可执行多次，保证支护质量，对工作面顶板实施有效的管理。

2.1.6 安全操作功能（急停、闭锁、停止）

在井下工作面进行液压支架维修调试时，不允许对维修人员正在检修的支架实施动作控制，为此系统设置了闭锁功能。当维修人员进行支架维修或调试时，应对本架实施闭锁操作，只要按下操作架人机操作界面上的闭锁按钮即可，操作架将进入闭锁模式。闭锁操作使该架控制器硬件驱动电路的电源被切断，从而保证维修人员所在支架不会动作，左右邻架进入软件闭锁模式，通过软件将左右邻架的驱动电路电源关断，禁止对左右邻架进行动作控制，只有解除闭锁操作，才能恢复正常的动作控制功能。对于被闭锁的三个支架以外的其他支架控制器不受影响，仍可正常工作。

当工作面发生可能危及安全生产的紧急情况，需要立即停止或禁止支架成组动作时，可按压任意一个支架控制器上的紧急停止按钮，全工作面支架动作立即停止，自动控制功能在急停解除前被禁止。在急停模式下，禁止使用成组操作控制方式实施对支架的动作控制。

2.1.7 信息功能

SAC系统的信息功能丰富。支架控制器、网络变换器、主控计算机及其他装置上有多种形式的信息媒体，包括汉字、图形显示，蜂鸣器声响信号及很多状态显示LED。系统可向用户提供的信息归纳为以下几类：支架动作的警示声响信号，控制过程和状态信息，支架工况信息（传感器检测值），设置的控制参数信息，故障和错误信息及一些系统本身的状态信息。

SAC系统还具有向系统外（如地面调度室、监控中心）传输信息的功能。

2.2 系统可靠性保证措施

通过以下两个方面，保证了电液控制系统的可靠性。

硬件方面：具有较高的防护等级（等级标准IP68），全部采用不锈钢材质和可靠的密封结构，保证了电液控制系统在井下高温、高湿的环境下正常工作。人机操作界面与液压支架电液控制装置控制器配备防护板，提高了电气元件防砸防护能力。电液换向阀组采用成熟的结构，保证了使用寿命。控制器通信能力的测试通过了2000V电压等级的浪涌试验和脉冲群试验，进行了50万次通讯检测，无故障。且通过了国家级检测中心的煤矿例行型式试验。

软件方面：使用实时操作系统ucosⅡ，引入多任务概念，对系统软件进行多轮的单元测试、集成测试，以确保系统运行稳定。