一种基于CAN总线结构的综采液压支架电液控制系统

摘 要：本文着重从电液控系统结构组成以及系统控制原理等方面介绍了一种基于CAN总线结构通信的煤矿综采工作面液压支架电液控制系统，同时介绍了CAN总线通信结构在电液控制系统中的通讯优势。

关键词：CAN总线；煤矿；液压支架；电液控

1.系统硬件组成及工作原理

本系统采用CAN总线组网结构，系统的组件主要由液压支架控制器、127/12V防爆直流稳压电源、电磁先导阀驱动器、压力传感器、行程传感器、红外接收传感器、红外发射器和两种电缆组成。其组网结构如图1所示：

1.1 液压支架控制器

每一台液压支架上都安装了一台液压支架控制器，液压支架控制器的核心为一块工业级可编程芯片。通过搭接外围电子电路实现子控机的控制、通讯功能。液压支架控制器通过压力传感器、行程传感器、红外传感器、人机操作通讯面板采集外界信号。液压支架控制器接收到上述器件采集到的信号后经过其内部的CPU处理器运算、处理。处理结果经过串行通讯将指令下达给电磁先导阀驱动器，驱动器将所接收到的指令进行解码分析，最终通过执行元件电磁先导阀组控制液压控制组件完成相应动作指示。

1.2防爆电源

本控制系统配备了专用的双路防爆电源箱。双路防爆电源箱是液压支架电液控制装置专用的电源变换装置，它从工作面接入127V交流电源，变换成12.5V的直流电源，向系统各类设备供电。电源箱内装有二个独立的AC/DC胶封模块，构成独立的双路电源，每路额定负载电流1.5A，可向4个相邻的支架控制器供电，每路电源都具有输入过压保护、双重截止式快速过流和过压保护、可带载启动和自动恢复。

1.3传感器

系统运行时通过配套的各种传感器来检测和收集外界各种信号，并通过对所监测的到各种信号进行分析和处理来判断系统现有状况，进而发出动作处理信息。本系统在每一组液压支架上各安装了一个压力传感器，一个形成传感器，一个红外接收传感器，另外在采煤机上安装了一台红外发射器。

压力传感器是支架立柱下腔液压力的检测单元，它插入立柱测压孔中，根据其检测到的压力实时监视支架的支护状态，向系统提供控制过程的重要参数。传感器内具有带温度补偿的低漂移放大器，传感元件为电阻应变桥路，采用整体胶封。

行程传感器是推移千斤顶活塞杆移动行程的检测单元，反映支架或推杆所处的位置，是控制过程的重要参数，推移千斤顶活塞杆位置决定推溜移架的进程。行程传感器装在液压缸中，是一个细长的直管结构，一端固定在液压缸端部，管体深入到活塞杆中心专为其钻出的长孔中，管体内沿着轴向有规则布置着密排的电阻列和干簧管列，它们连接成网络电位器的电路。活塞内嵌装着一个套在传感器管上的小永磁环，随着活塞杆移动，它的小磁场使所到位置的干簧管接点闭合，相当于电位器的移动触刷走到了这个位置，电位器输出值的变化反映了行程的变化。

红外发送器安装在采煤机上，红外接收器安装在支架立柱上，正对着采煤机上的红外线发射器，并与发射器处在同一高度。编码红外线信号从采煤机上的红外线发射器发出，射向支架立柱上的红外接收器。接收器接收到红外线信号后，经内部电路的处理变换，通过电缆向支架控制器输入模拟电压信号。支架控制器接到此信号后，向支架电控系统发布采煤机的位置。从而控制支架的动作。

1.4电磁驱动器

电磁阀驱动器接在支架控制器与电磁先导阀之间，它接收来至支架控制器的控制命令，进行解码后，驱动相应的电磁先导阀换向，经过液控系统，控制支架的动作。采用整体胶封，与支架控制器用4芯电缆连接，同步串行通信，与电磁先导阀用4芯赫斯曼接口，共电源，低端控制。

1.5电液驱动阀组和液压控制辅助组件

电液驱动阀组为本系统执行驱动元件，与液压控制辅助组件相互配合来执行系统预期的动作指令，进而实现对液压支架的控制功能。电液驱动阀组为单元组合结构。每个单元包括液动的主控换向阀和对应的电磁先导阀，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，还可以直接推压推杆的外端，推杆带动先导阀芯动作。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，但不允许经常这样操作，因为易导致损坏。

2.结束语

本文所介绍的此系统为笔者在生产实际中所使用过的一套国产电液控系统。从使用过程中来看，国产电液控技术已基本成熟，对于煤矿地质条件较好的工作面可以基本实现液压支架电液控功能。但是当遇到工作面地质条件有所变化时，系统则会表现出不足之处。因此国产电液控系统还存在一定的技术提升空间。

参考文献

[1]ZDYZ电液控制系统用户手册-开滦范各庄115培训手册.宁波长壁流体动力科技有限公司.

[2]吴坚，赵英凯，黄玉清.计算机控制系统.武汉.武汉理工大学出版社，2002，8.

[3]姜志海.单片机原理及应用.北京：电子工业出版社，2005，7.

作者简介：吕艳龙（1983～）男，2010年毕业于西南科技大学自动化专业，机电助理工程师，现于开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司综采三队负责机电技术管理工作。