矿井液压支架电控系统的设计分析

马燕庆

（大同煤矿集团临汾宏大豁口煤业有限公司， 山西 临汾 041000）

引言

煤炭资源是我国的主要能源，也是国民经济的核心支柱。在煤炭的开采过程中，对开采区巷道顶板的控制是确保矿井安全生产的前提，是提高生产效率的关键，而实现顶板支护控制的关键是合理使用液压支架控制技术，该技术是一种综合化技术，可以提高顶板支护作业的效率，面对复杂的井下地质条件，该技术可以更好地适应多变的作业环境，确保煤炭开采的安全高效，因此，在煤矿开采过程中，应大力推广使用液压支架控制技术[1]。

1 液压支架电控系统的总体架构

液压支架电控系统的总体架构如图1 所示，将液压支架的控制系统分为地面监控室监控、端头控制器控制、液压支架控制器控制三部分。其中，地面监控可监控液压支架在运行时的各项运行参数，通过组态界面显示并远程控制液压支架的动作。端头控制器主要是通过CAN 总线进行连接，将液压支架控制器中收集到的各类传感器信号传输给地面监控室，以下发对应的控制指令。液压支架控制器主要是将各类传感器的信号进行收集并上传，通过控制液压支架上的各个阀门，操控液压支架的动作，将液压支架控制器作为节点，通过两条CAN 总线挂接在端头控制器上，如果液压支架控制器出现故障，端头控制器会自动识别出有故障的液压支架，并进行报警。

液压支架电控系统使用AC127 V 电源供电，在经电源箱整流滤波后，得到直流低压电源，供其控制器使用[2]。

2 液压支架电控系统的硬件设计

2.1 主控制器

图1 液压支架电控系统总体架构

图2 液压支架控制器硬件结构

液压支架的主控制器结构如图2 所示，根据键盘的按键功能，在CPU 中输入程序操作指令，经电磁先导阀调控作用，驱动液压支架进行动作，将各类传感器接收采集到的数据传输到CPU，在显示屏上进行运行状态等信息的显示。

2.2 地面监控室

地面监控室作为地面的调度中心，通过CAN 总线实现地面和井下的实时通讯，从而实现对井下液压支架运行状态的监控。

2.3 感应装置

感应装置主要包括压力、位移、红外传感器。其中，压力传感器位于液压支架的液压缸中，主要负责将液压缸中的压力信号转换成电信号，传输至支架控制器中，通过电控系统将对应的状态值显示出来，其测量范围在0～60 MPa。位移传感器位于液压支架的推移千斤顶上，主要负责将千斤顶活塞处的位移值检测出来，并转换成电信号，传输至支架控制器中，通过电控系统向支架提供对应的位移值。红外传感器主要是对采煤机的位置进行测量，将采煤机的位置信号转换成电信号，传输至支架控制器中，确保推溜、收护帮板、成组喷雾等作业的自动控制。

2.4 隔离耦合器

CAN 总线作为物理总线的接口，通常选择具有高性能和高集成度的收发芯片，在地面和井下建立通信协议，由于井下的环境变化较大，常伴有各种干扰，为了提高信号传输的准确性，加入隔离耦合器来消除干扰。隔离耦合器作为支架控制器之间连接的接线终端，两个端口采用不同的接地方式，主要负责对各支架控制器间的信号进行隔离，防止各控制器之间共模信号干扰，在信号的出口引入钳位电路，防止线路中电压突然变化造成芯片损坏，同时，加入电容对通信线路上的高次谐波信号进行吸收，为引入电源提供便利条件。

2.5 CAN 中继装置

CAN 中继装置是当CAN 总线的传输能力有限时，作为中转节点，用来提升CAN 的通讯质量[3]。

3 液压支架电控系统的软件设计

3.1 单架单动作软件设计

对于单台液压支架动作来说，如果一台液压支架控制器控制三台液压支架，首先选择要动作的架号，选好后进入主控模式，按下动作键，在CAN 总线的作用下，将信号传输给相应的液压支架控制器，在控制器接收到指令后，通过对比地址确定具体的控制对象[4]，确定好后松开动作键，进入对应的控制模式，执行指令动作，在接收到停止指令后停止动作，此时寄存器的值清零，便于下一次接收信号，如果控制器没有接收到指令，控制器会延时自动进入空闲模式。单台液压支架单动作的流程如图3 所示。

3.2 液压支架成组动作软件设计

对于液压支架的成组动作来说，一台液压支架动作完后按照顺序进入下一台液压支架动作，此时不仅要考虑液压支架的相邻位置关系，还要使各液压支架之间的动作配合完好。在液压支架联动作业时，首先确定起始和结束的液压支架架号，根据支架间的联动数据计算动作时间，如果在规定的动作时间内没有完成，便会出现声光报警信息，在成组联动作业时，由于一个成组动作的完成可能需要多台液压支架的配合，根据各传感器的信息，及时判断液压支架的位置，及时进行动作调整。进入主控模式后，按下成组动作键并开始计时，在CAN 总线的作用下，将信号传输给相应的液压支架控制器，进入对应的控制模式，执行成组指令动作，在成组动作结束后停止动作，此时寄存器的值清零，便于下一次接收信号，控制器没有接收到指令，控制器会延时自动进入空闲模式，如果成组动作没有达到预设的时间，则会报警，控制器延时自动进入空闲模式。液压支架成组动作的流程如图4 所示。

图3 单台液压支架单动作流程图

图4 液压支架成组动作流程图

4 结论

1）分析液压支架电控系统的总体架构，分别从硬件以及软件设计两个方面进行详细论述。硬件设计主要从主控制器、地面监控室、感应装置、隔离耦合器以及CAN 中继装置五部分进行分析，软件设计主要对单台单动作液压支架动作和液压支架成组动作两个程序流程进行分析。

2）将所设计的液压支架电控系统应用于井下结果表明，设备运行的可靠性和稳定性较高，能满足实际作业需要。