综采工作面液压支架集控系统设计研究

2015-03-20侯磊

机械管理开发 2015年7期

侯磊

（山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿，山西晋城 048000）

引言

随着煤炭工业的迅猛发展，对煤矿井下机械的自动化要求也越来越高，综采工作面的自动化集约控制是实现高产高效生产的一个重要方面。我国井下液压支架控制主要集中在成组和手动控制上，液压支架的自动控制技术目前还需要进一步研究完善。因为现阶段我国的国产液压支架控制系统在应用过程中仍存在系统不稳定、自动化程度不高、适应性不强等现象，不能满足我国煤矿开采地质条件比较复杂的要求，所以没有在全国范围内推广使用。目前国内井下主要采用国外进口的综采工作面液压支架控制系统，但由于价格昂贵制约着我国井下高产高效工作面的普及和发展［1］。井下无人值守综采工作面实现的关键是液压支架集控系统，该系统是实现煤炭生产高产高效的核心。所以，研究开发综采工作面液压支架集控系统对于我国煤矿机械化的发展是极具价值的［2］。

1 液压支架集中控制系统

1.1 组成结构

该液压集成控制系统是以双RS485总线为基础，由顶板压力、位移传感器、支架间距、端头控制器、红外接收器及本安型计算机组成的一种多机通信网络，如图1所示。

图1 综采工作面液压支架集控系统结构

综采工作面液压支架集控系统的基础是间架控制器。它不仅可以将液压支架运行状态与采煤机的位置通过红外传感器、位移传感器和压力传感器采集并传输到端头控制器，而且还可以对液压支架实现成组控制和邻架控制。

端头控制器安装在工作面的两端，在作业过程中，有两条RS485总线进行工作，一条RS485总线主要负责对工作面每架支架作业过程中的各种参数及采煤机的运行位置进行连续监测，并将信息实时传送给计算机进行分析，及时为工作面正常运行提供保障；另一条RS485总线通过对收集到的参数进行分析，确定工作面采煤机的实时位置，并通过总线将命令传递给液压支架架间控制器，从而达到控制液压支架与采煤机相互配合作业的目的，完成工作面的自动化作业，降低人员的劳动强度。工作面自动控制系统的防爆计算机安装在工作面巷道控制硐室内，防爆计算机可以对端头控制器收集过来的液压支架工作状态参数实时显示。

1.2 端头控制器

在工作面液压支架集控系统中，端头控制器需要对液压支架的各项状态参数进行收集，同时还需要对支架的各项运行状态进行控制。由于单个CPU不能实现连续性检测控制，因此该控制器采用双CPU的设计方案。其中，巡检CPU的作用是收集工作面的各项参数，主控CPU通过接收计算机发出的各种命令及巡检CPU所收集的采煤机作业位置的各种参数，并对工作面支架实现自动化控制，所用CPU均由SPI接口进行连接且进行数据传输。两个CPU可以同时与间架控制器实现通信，通过SPI口实现数据共享，提高集控系统的高效率运行，端头控制器示意图如图2所示。

图2 端头控制器连接示意图

1.3 集控通信设计

由于煤矿工作面作业环境差、煤尘大、湿度大、干扰电磁能力强，因此通讯系统必须有较强的抗电磁干扰能力，在设计中选用RS485通信系统，通过工业应用实践表明：此系统抵抗电磁干扰的能力强，适应煤矿井下的恶劣作业环境，连接示意图如图3所示。该系统选用MAX3088芯片，芯片通信节点多，通信效率高，通信可靠。通过光电耦合器将CPU的信号与通信的电路进行隔离，既可以对CPU进行保护，又可以顺利实现通讯系统与CPU两者之间的电平转换。设计中使用Modbus通信协议，使得端头控制器与液压支架架间控制器联系起来组成多机通讯网络。

图3 通信接口设计结构

2 液压支架集中控制模型建立

液压支架集中控制就是通过采煤机的红外线位置信号及运行位置，对相应的工作面液压支架发出命令，配合采煤机进行割煤，从而完成整个循环作业，如图4所示。

图4 液压支架集中控制模型

3 集中控制软件设计及结果分析

在该控制系统运行过程中，端头控制器接收计算机发出的集控指令、采煤机位置参数及支架的各种工作参数进行检测，并将数据传输到计算机上用于判断支架的工作运行参数是否符合要求，经计算机判断后，若各种参数正常，则向间架控制器发出命令，配合采煤机割煤。若判断液压支架发生故障，则迅速发出信号，且将液压支架的故障信息显示到控制系统的显示屏上，以便安排维修人员进行维修作业。计算机指令及端头控制流程如图5、下页图6所示。