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1、【系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文】談液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：支架作為礦井生產(chǎn)中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量對礦井生產(chǎn)綜合效益有重要影響，而現(xiàn)有的支架控制方式存在精準(zhǔn)度低、聯(lián)動性差、動作滯后等不足。針對這些不足，研究提出了一種基于PLC技術(shù)的液壓支架電控系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配套硬件設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)等進(jìn)行全面的總結(jié)分析，希望能夠?yàn)槠渌V井相似工程的開展提供借鑒與參考。
關(guān)鍵詞：礦井；液壓支架；電液控制；系統(tǒng)設(shè)計(jì)
長期以來，煤炭作為中國社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)性能源，被各行各業(yè)廣泛使用，并將在未來很長一段時間內(nèi)繼續(xù)作為中國能源的關(guān)鍵基礎(chǔ)[1]。為了滿足
2、國家發(fā)展對煤炭的需求，推動煤炭生產(chǎn)所需各類設(shè)備的不斷升級勢在必行。其中，井下液壓支架作為煤炭作業(yè)中不可或缺的支護(hù)設(shè)備，分布于整個綜采作業(yè)面，并與井下采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)實(shí)行聯(lián)動控制。但現(xiàn)階段井下所用液壓支架存在精準(zhǔn)度差、動作滯后、聯(lián)動性不足等問題，對井下作業(yè)效率的全面發(fā)揮有一定的負(fù)面影響。有鑒于此，開展針對井下液壓支架控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究，提升作業(yè)自動化水平，對于礦井的長久發(fā)展意義重大。
1液壓支架電液控制系統(tǒng)單體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對于井下綜采作業(yè)而言，其作業(yè)面的液壓支架電液控制系統(tǒng)是對作業(yè)面多個單體液壓支架的綜合控制，所有支架控制過程是完全相同的[2-3]，圖1即為單支架
3、電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。分析圖1可知，單個支架的液壓控制系統(tǒng)囊括有控制模塊、信息采集模塊、顯示模塊和電源模塊等，其中，控制模塊負(fù)責(zé)信息指令的發(fā)布；信息采集模塊負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息的收集，屬于整個控制系統(tǒng)的核心組件。在信息采集中，壓力傳感裝置布設(shè)于支架立柱測壓孔處，用于實(shí)時測定立柱液壓油缸內(nèi)的作業(yè)壓力；位移傳感裝置布設(shè)于推移液壓油缸的上部，用于測定液壓油缸的位移狀況。作業(yè)時，信息采集模塊將所采集數(shù)據(jù)信息傳遞至控制模塊，并結(jié)合布設(shè)于采煤機(jī)特定位置的紅外發(fā)生裝置和液壓支架控制設(shè)備下的紅外接收裝置，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)和液壓支架相對位置的判定，以確保跟機(jī)作業(yè)真正實(shí)現(xiàn)自動化。完整的綜采電液控制系統(tǒng)共包含各類控制
4、閥12組，在電磁先導(dǎo)閥作用下實(shí)現(xiàn)對各支架動作的有效控制，確保整個作業(yè)面控制的統(tǒng)一性[4-5]。系統(tǒng)的控制功能基于信息采集模塊所收集到的數(shù)字信號開展，從而實(shí)現(xiàn)對支架動作的精準(zhǔn)操控。為了保障整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和連續(xù)性，電源模塊所用供電系統(tǒng)為每組5個控制器的雙路直流電源，圖2即為電液控制系統(tǒng)液壓作業(yè)原理示意圖。在整個系統(tǒng)中，面對不同工況，支架液壓缸活塞桿端部載荷是存在差異的，但載荷最大值不超過3MPa。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析
圖3為液壓支架電液控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。相較于以往的支架控制系統(tǒng)，電液控制系統(tǒng)在單體支架控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了電磁驅(qū)動裝置，單臺支架的控制系統(tǒng)
5、包含控制模塊、顯示模塊、信息采集模塊、電源模塊和驅(qū)動模塊等。整個系統(tǒng)的核心組件為可編程控制器，系統(tǒng)內(nèi)部各單元間的數(shù)據(jù)交互依托CAN總線結(jié)構(gòu)達(dá)成。當(dāng)控制器將數(shù)據(jù)采集模塊所采集到的信息上傳至上位機(jī)后，上位機(jī)結(jié)合系統(tǒng)指令與電流信號實(shí)現(xiàn)對電磁先導(dǎo)閥開合的控制，進(jìn)而達(dá)成對支架油缸的操控，實(shí)現(xiàn)支架單體單元、組成控制等的聯(lián)動操控。在控制液壓支架群組時，系統(tǒng)通過CAN總線實(shí)現(xiàn)對全過程的閉環(huán)控制。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該系統(tǒng)作業(yè)時支架動作速度、動作量和動作耗時全部與采煤機(jī)的運(yùn)行效果息息相關(guān)，這說明采煤機(jī)作業(yè)位置對支架狀態(tài)有著直接影響。因此，采煤機(jī)的牽引速度對支架前進(jìn)速度也有直接影響。此外，液壓支架支護(hù)方式同樣對支架移動
6、有明顯的影響。為了確保支架作業(yè)能夠滿足快速支護(hù)、移動和收撤作業(yè)的要求，運(yùn)用所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠優(yōu)化支架控制流程，精簡操作工序，從而實(shí)現(xiàn)快速移動的目標(biāo)。
3支架順序聯(lián)動軟件設(shè)計(jì)分析
作業(yè)時，作業(yè)面單個液壓支架的順序聯(lián)動需借助控制系統(tǒng)的智能控制方能完成[6]。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，單個液壓支架需在10s內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)動作。可以說，單個液壓支架順序聯(lián)動的質(zhì)量關(guān)鍵在于能不能在規(guī)定時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)規(guī)定動作。在所設(shè)計(jì)的控制方案中，操作人員只需通過操控界面選定所需操控的支架，支架便可進(jìn)入自動控制模式。隨著系統(tǒng)聯(lián)合動作按鈕的閉合，系統(tǒng)開始運(yùn)行，控制器操控動作機(jī)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)動作，并向各需動作支架提供
7、一個預(yù)動作信號且延時2s后關(guān)閉提醒。這時，支架配設(shè)的各類感應(yīng)裝置開始采集支架作業(yè)信號，同時支架活塞桿開始下降。當(dāng)其下降至指定位置后，架柱電磁閥關(guān)閉，并同步開啟支架移動電磁閥，支架開始進(jìn)行移架并在移至指定位置后關(guān)閉移架電磁閥，隨后再次開啟升降電磁閥，控制支架恢復(fù)至指定支護(hù)數(shù)值，從而完成完整的支架循環(huán)。圖4即為支架順序聯(lián)動控制流程示意圖，其中，Y代表指令檢驗(yàn)通過，N代表指令檢驗(yàn)沒通過。
4結(jié)語
液壓支架作為礦井生產(chǎn)安全防護(hù)中不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，其作業(yè)質(zhì)量對礦井生產(chǎn)綜合效益有直接影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，積極組織專業(yè)技術(shù)人員，將PLC技術(shù)應(yīng)用到液壓支架控制系統(tǒng)中，構(gòu)建自動化
8、的液壓支架電液控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)支架液壓聯(lián)合控制精準(zhǔn)度和自動化程度的顯著提升，不僅可以大幅縮短支架狀態(tài)轉(zhuǎn)換所耗時間，還能夠極大地提高液壓支架的作業(yè)效率和作業(yè)可靠性，從而為綜采作業(yè)面生產(chǎn)的持續(xù)安全開展提供堅(jiān)實(shí)保障。
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