电液控制技术在综采液压支架上的应用

摘要： 分析综采工作面液压支架电液控制系统的组成、控制方式以及特点，简述了4种国内外主流电液控制系统产品的特点和液压支架电液控制系统中电源配置对整个系统的工作稳定性和可靠性的影响。

Abstract： This article analyzes the composition， control mode and features of the electro-hydraulic control system of the hydraulic support of the fully mechanized coal mining face. The features of four kinds of the main electro-hydraulic control system products and the effect of the power distribution of the electro-hydraulic control system of the hydraulic support on the stability and reliability of the whole system are expounded.

关键词： 液压支架;电液控制系统;控制方式;电源配置

Key words： hydraulic support;electro-hydraulic control system;control mode;power configuration

0 引言

随着科学技术的发展，液压支架控制系统经由对微电机或者电磁控制的先导阀和线性传感器、压力传感器（PIT）以及新技术如红外遥感技术等的使用，以致液压支架的动作得以自动连续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到6～8s。采用电液控制技术极大地改善了支架对顶板的支护效果，同时配合采煤机的煤岩识别系统等先进技术，可实现工作面全自动化控制。

1 电液控制系统的组成

综采工作面自动化电液控制系统主要有支架控制器、电液换向阀组、电磁阀驱动器、连接器、网络交换器、电源电缆、数据交换器、隔离耦合器、压力传感器、行程传感器、红外线接收传感器、防暴电源箱、井下主控计算机等几个部分相组成。

2 电液控制系统的控制方式概述

2.1 双向邻架控制系统

控制器实在综采工作面的每一个支架都必须要配备的，邻架控制的选择经由操作者依据控制器来进行，之后，依照指令给出电信号――即发出相应的控制指令，以使得邻架上相对应的微电机或者电磁铁发生动作，使电信号向液压信号转化，控制主控阀开启，并向支架液压缸供液，邻架的相应的动作因此实现。压力传感器以及位移传感器将支架的工作状态向控制器进行反馈，控制器再依照反馈信号来对支架的下一动作进行决定。

2.2 双向成组控制系统（手动启动跨架电脑程序控制）

把工作面的支架进行若干组的编排，控制器的启动键由本组内首架上的操作人员来按下启动，按照预定程序，邻架动作，移架完成之后便下一控制器自动给下一个控制器发出控制信号，下一支架开始动作。这样类推下去，也就实现了组内支架的自动控制了。

2.3 全工作面电液控制系统（远红外线启动电脑程序控制）

如图1所示，红外线装置和的主控台是具有完善功能的电液控制系统所必须有的，采煤机和支架联动的远红外启动电脑程序控制便可实现。工作原理就是主控制台和每一支架上控制器进行联网，当采煤机红外线发射器发出的位置信号被支架红外线接受装置接收之后，主控制器要接收支架红外线接收装置发来的反馈，所反馈的信号主控制台发出相应指令的依照，这些指令使得相应支架动作。

3 电液控制系统特性分析

①在工作面支护中的一系列问题，例如，带压擦顶移架以及液压支架初撑力无法到额定值等等已经被将控制和检测融为一体的电液控制系统给予了完美合理的解决方法，防止了支架前方片帮冒顶，改善工作面顶板的维护条件，可减少顶板事故的发生。

②可实现远程程序控制。由于操作人员可以邻架、远离工作面控制以及可根据采煤机的割煤方向选择最佳操作位置，从而避免了冲击地压、风尘等矿井灾害的袭击，保证了人员的健康与安全;支架间信号靠电缆传输，易于实现双向邻架操作。这对于各种复杂地质条件和局部特殊地质构造都能适用，特别适用于薄煤层和急倾斜煤层工作面。

③采用电脑程序自动控制，使支架移设过程各工序衔接紧凑，消除了人工控制过程中的辅助时间，不仅提高了支架的推移速度，还可同时对多个支架进行成组操作，减少循环时间，提高综采工作面单产。

④减少井下工作人员数量。国外很多长壁工作面只有3名工作人员（1名采煤机司机，1名推溜移架工和1名顺槽设备工作人员）。

⑤带压移架要在于液压支架额定初撑力的保证的基础上才可容易达成，这也一定程度上防止了液压支架以及工作面顶板之间冲击载荷的经常发生，支架事故的发生频率大大降低，顶板围岩的稳定性也得到了保障，液压支架的使用寿命也得以延长。

⑥顶板支护效果因其平整的切顶线和准确的移架步距而得以改善，且工作面和刮板输送机的直线型得以加强，使采煤机的截身更准确。多架同时推溜的模式，舒徐弯曲了刮板输送机，避防止了溜槽连接处产生太大的应力，改善了采煤机以及刮板输送机的工况。

⑦全自动化、无人化操作工作面因电液控制系统与采煤机和刮板输送机配合实现联动而实现。地面以及巷道中央控制室可接收到采煤机和支架所传输的数据以及运行状态这也有利于将矿井自动化管理变为现实。

4 国内、外的主流电液控制系统

综采工作面高效率目标的达成的关键之一就是液压支架电液控制系统，现今，国内和国外主打的液压支架电液控制系统大致有如下几种――PM4型、PM32型、RS20s以及北京天玛的SAC型4种。

①PM4型控制系统（如图2所示）采用8个传感器，传感器用SKK24型连接头连接4芯套管电缆。双路12V直流输出，每5架设一个电源。支架电液控制器（SCU）与螺线驱动器控制模块相连接，可以有效的启动控制系统。控制系统的软件采用C语言，模块式设计的软件易于在采矿条件改变时优化液压支架的功能，配备有显示屏幕和25键键盘，液压支架功能的操作被25键键盘以及显示器的完备所简单化，可以从外部来源装载PM4控制器程序，启动全工作面的程序需要的时间很短（最多5min）。BIDI bus 56k使得架间互联成为综采面网络。但是如果控制器出现了无法进行正常的工作的情况，便会导致控制系统通讯出现中断，这也是这种系统方式的一个明显的劣势。

②PM32型控制系统的红外线接收器集成在控制器上，每个传感器信号分别输入控制器中;通过一根4芯电缆连接驱动器，再由驱动器分别驱动各先导阀。双路12V直流输出，每12架设一个电源;实时多任务FORTH操作系统易于升级。PM32架间的通讯通过BIDI bus 19.2k，全工作面的互联则采用T―Bus 19.2k。

③RS20s型控制系统是JOY采矿设备公司新研制的一种顶板支护控制系统，它采用了常规的、坚固且适应环境的耐用型4芯电缆，可以在所有的外部设备中自由替换使用。操作人员工作界面（Mimic）的设计采用了大按钮和高亮度显示屏，不仅能够显示曲线图，而且还提供多种语言支持。该设备采用了先进的处理程序，可在后期添加音像频道。可折叠的显示器尺寸较小，支架运往采区时仍可安装在支架上，在工作面搬迁时，就可最大限度地减少甚至杜绝损坏和停车事故的发生，降低成本。

④SAC型控制系统（如图3所示）采用先进的嵌入式控制系统，控制器具有4个（可扩展为5个）传感器接口，16路（可扩展为20路）电磁驱动接口，采用μC/OS-II实时多任务操作系统，通信系统通过利用这样的驱动电路合一的以及人机界面相分离的特有结构的国际标准的CAN总线来建立，系统具有抗干扰能力强、性能可靠、使用方便等特点。

5 电液控制系统的电源配置

单元在该系统中较多数量的漫衍，还有煤矿井下生产工作面独特条件的应用，对于整个系统稳定性以及可靠性有重要影响的控制系统电源配置的影响具体有以下几点的表现：

①体积很占空间的隔爆型电源箱的安置工作的进行很不便。所以，一源多架供电这样的方式是被液压支架电液控制系统大量采纳的。举个例子：PM4是每5架设一个电源，PM32和SAC是每12架设一个电源，RS20是每4架设一个电源。

②供电网络的电压在煤矿井下震荡，波动较大，低于额定输入30%时的电压波动会使电源的负载能力大大变弱，如果负载量比较大的时候，电源输出品质也比较差的状态之下，系统因为受到干扰而会发生误动作。系统可靠性的提高的主要途径之一就是缩小电源所带负载（不超过容量的70%，且要在电源容量一定的情况下）。所以，组内同时动作的执行的机构的数量以及电源容量的大小决定了每个电源组带架控箱单元的数量。

③整个架控单元里，最主要的耗电元件就是电磁铁。电流冲击会在电磁铁启动过程中产生，电源的瞬时负荷量会因为各电磁铁电流峰值的叠加而增强。因而，多个电磁铁在同一时间启动这一情况必须要防止。降低电源负荷的最有效的途径就是要限制同一电源组中，在同一个时间工作的电磁铁的数量。

6 结语

随着我国推广并应用了进口综采液压支架电液控制系统，和国产的支架电液控制系统的越发趋于成熟，现在人们已经慢慢认识到了，技术的快速进步给煤矿带来的变革和巨大的经济效益。以前，对于煤矿工人而言十分生疏难以掌握的电液控制自动化控制技术已经变得熟悉，也成为了井下生产所必需的的技术和设备，支架电液控制系统可以将工作面的速度进行有效的加快，这就降低工人的劳动强度，提高了工作面的安全水平，这一设备是实现综采工作面高效和高产的关键，使我国的煤矿生产的自动化水平提高到一个新的水平。

参考文献：

[1]韩素媛.综采工作面液压支架电液控制系统的设计[J].科学情报开发与经济，2007，1（8）：277-278.

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