基于PLC的液压支架电液控制系统的研究

张少鹏

摘 要：煤炭开采离不开各种机械设备的支持，液压支架就是至关重要的设备，它安装在整个综采工作面上，与采煤机和刮板输送机配合，进行煤炭资源的开采。液压支架可以实现支撑、切割、自动移动等动作，防止顶板脱落，为综合采矿作业提供工作空间，降低了工作难度，确保人员以及设备的安全。液压支架的动作由电液控制系统实现，其自动化程度和可靠性对整个综采工作面的生产效率有很大影响。PLC技术作为一种先进的技术，将其应用到液压支架电液控制系统中，可大幅度提升其自动化程度以及可靠性。就此，本文研究基于PLC的液压支架电液控制系统设计。

关键词：PLC技术 液压支架 电液控制系统 系统研究

中图分类号：TD355.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（a）-0082-02

1 PLC的介绍

PLC（Programmable Logic Controller），即可编程逻辑控制器，PLC是一种电子系统，可以用于数字操作，其利用可编程存储器，可以在其内部执行多种控制，如顺序控制、逻辑运算定时、计数等，有着极强的自动化程度。在利用PLC技术时，使用人员只需要发布相关指令，各种机器的生产运行就会有数字或模拟式进行输入、输出的控制。PLC的研发及应用主要是为了工业化生产，工业化生产环境复杂、多变，为了提升工业生产效率，确保生产安全，必须加强工业生产的自动化水平。当前，随着PLC技术的研究与应用，可以实现位置控制、温度控制等。其工作过程可分为四个阶段：（1）内部处理阶段：主要执行可编程控制器的检查，检查内容包括内部硬件的功能和正常操作。同时，可以重置监视计时器。（2）通信服务阶段：控制器需要与其他智能设备通信，以响应程序员输入的命令并更新其显示内容。（3）输入/输出处理阶段：控制器将所有外部输入电路的开关状态读入输入映像寄存器。（4）程序执行阶段：输入映像寄存器的状态通常不随外部输入信号的变化而变化。因此，当输入信号改变时，只能在下一扫描周期的输入处理阶段读取新的状态。

煤炭资源的开采已越来越依赖自动化技术，在煤炭资源的开采中，液压支架对于综采工作来说有着重要的作用，可以确保煤炭资源的有效开采，为了进一步提升液压支架电液控制系统的自动化水平，就要将其与PLC技术进行有效结合，充分利用PLC技术的优势，以实现自身自动化水平的进一步提升，进一步提升煤炭资源的开采效率，确保开采安全。同时，也要在运行过程中不断优化、完善，不断更新、升级，更好地应对越来越复杂的煤炭开采环境，满足煤炭开采需求。

2 基于PLC的液压支架电液控制系统设计

2.1 液压支架电液控制系统的单体结构设计

在采煤地下综采工作面中，有一个综采工作面液压支架电液控制系统，其是由多个单体液压支架组成的系统，每个单独的系统在该系统中是完全一致的，单个液压支架电液控制系统的整体结构如图1所示。由图1可知，电液控制系统的单体结构由诸多模块构成，如控制块、信息获取模块等。其中控制模块和信息获取模块是系统的核心单元。前者主要负责发出控制命令，后者主要负责收集液压支架的运行状态信息。在信息模块中，压力传感器被设置于液压支撑柱的压力测量孔上，负责收集支撑柱上液压油缸内的工作压力，在推移油缸上端设置位移传感器，负责测量位移情况。控制模块接收到来自信息获取模块收集到的液压支架运行状态信号。系统利用设置在采煤机制定位置上的红外发射装置和设置在液压支架装置下的红外接收装置来判断采煤机和液压支架的相对位置，从而实现机器的自动控制。

综采工作面电液控制系统是由控制阀组成的，控制阀一共有12组。在电磁先导阀的控制下，可以控制每个液压支架液压缸，不仅统一了控制，也统一了动作。为了实现对液压支架动作的精准控制，控制可以利用数据信息获取模块采集到的数字信号，将数字信号作为控制液压缸运行的基本信息。电源模块需要采用每组5个控制器的双路直流电源供电系统，这样不仅能保证控制系统运动状态的稳定性，还保证了控制系统运动状态的连续性。在在该控制系统中，液压支架液压缸的活塞杆端部的负载在不同工况下是有很大区别的，液压缸工作时的最大负载是35MPa，必须要控制好这个负载，将其控制在这一范围内。

2.2 液压支架电液控制系统硬件结构设计

硬件结构以PLC为核心，有位移传感器、压力传感器、红外接收器、接口RS485、CAN接口、驱动隔离、信号调理、数据存储器、程序存储器、声光报警装置等等，结构复杂，该结构通过CAN总线结构实现不同液压支架单体之间数据的传输以及交换。当上位机接收到来自控制器数据获取模块采集到的数据信息后，上位机根据程序指令和电流信号实现电磁先导阀的开口状态控制主阀的开关，从而实现液压支架控制油缸的控制，实现了支架单体，组成控制和每个支架单体单元的联动控制。在液压支架组的控制过程中，系统为了实现整个控制过程的闭环控制。根据以往的工作经验来看，在液压控制系统进行工作时，采煤机的工作运行状态会影响液压支架的工作时间、运动速度以及运动量，采煤机液压支架的工作状态受到了工作位置的严重影响，有着决定性的作用。并且，在采煤机运动时，液压支架前进的推进速度也受到了来自采煤机牵引速度的影响，决定了前进速度的快慢。液压支架移动时的速度也受到了来自液压支架支撑模式的决定性影响。为了满足液压支架快速支撑、快速移动、快速拆卸的要求，该支撑方法有着诸多优势，如顶板暴露的时间短，梁端的距离小，操作步骤很少，运行速度也非常快。

2.3 液压支架顺序联动软件系统设计

系统开始，收到升柱指令后，系统应答，2s报警延时后，报警关闭，开启降架电磁阀，对立柱压力和行程量进行读取，达不到要求再回到前一步操作，达到要求，位于降柱上的电磁阀闭合，系统控制打开控制液压支架移架的电磁阀，对立柱压力和行程量进行读取，达不到要求再回到前一步操作，达到要求，移架电磁换向阀闭合，升柱电磁阀打开，控制液压支架缓慢上升，直到达到系统的设定值，从而完成整个降移升循环控制过程。

3 结语

综上所述，将PLC技术应用到液压支架电液控制系统中，可以极大地提升液压支架联合运动控制的自动化程度，使得精准性也得到了大幅度的提升，降低了液压支架状态转换时间，使液压支架组的工作更加快速、高效、可靠。对于井下综采区的生产来说，满足了其对于安全生产的需要，值得推广、应用。

參考文献

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