支架电液控制技术

859 编辑：来源：北京智宏科信科技发展有限公司

2023-11-23 15:25:38

某矿采煤工作面配备的TAGOR(1.1/2.2)型二柱掩护式液压支架采用PM31电液控制系统操控。
PM31系统的主要功能是控制支架的所有动作。控制是在应用程序基础上进行。控制的命令是操作人员通过键操作发出的（或是根据采煤机位置由系统自动发出），传感器检测的实时值和用户设置的各种参数也是控制过程的重要条件。PM31系统发挥计算机网络控制技术的优势，赋予系统丰富的功能，使支架控制方便、灵活、协调、安全，尤其是应用程序修改的易行性和控制参数项目的完善周密及调整简便，使系统做到控制功能与工作面条件和生产工艺要求尽可能好地配合适应。PM31电液控制系统的主要功能包括：
1.用按键对单个支架动作的非自动控制
操作人员在任意一个支架上操作，先选某一个支架为被控支架，这个被控支架根据用户的需求和安全的要求，软件确定了其可选择的范围。一般情况下，可选择的仅为左、右邻架。需要时，软件可将可选架范围扩展至与本架相隔的左边或右边的若干个单架。原则上不允许操作人员的本架为被控架，如支架和工作面安全条件允许，经用户与厂家协议，软件也可做到本架为被控架。被控架选定后要使被控支架进行某一动作或某些联合动作，就接着按面板上相应的操作键。这是系统提供的最基础的初级功能。这种“单控”操作又有三种形式的区分：
① 对于一些重要的常用的单动作和联合动作，在面板上定义了专用键，在被控支架选定后按专用键即可。这是一种快捷方式。动作的维持必须靠持续按键不松手，松开键动作就停止。
② 如果被控制的对象及动作多，不可能所有动作都定义专用快捷键。系统将不常用的动作的操作项目归入菜单中，通过菜单选项后再统一使用两个特定键操作。动作的维持也必须持续按键。
③ 对于可能需要持续较长时间的单动作，也在面板上定义了直接操作的专用键，但不必持续按键，采用点按方式，一按启动，再按停止。本架推溜就用这种方式操作。
2.对单个支架的降柱-移架-升柱动作施行自动顺序联动
PM31控制器的程序将这些相关联贯的动作协调连续起来合成为一个复合动作，自动按程序执行。每个单动作的进程及单动作之间的衔接与协调均以设置的参数或传感器实时检测的数据为依据。
3.成组自动控制
成组自动控制的含义是：以工作面的任何一个支架为基准（操作架），向左或向右连续相邻的若干个支架被设定为某次某一动作的一个成组，支架的某一动作（单动作或自动顺序联动的复合动作）在给出命令后从这个组一端的起始架开始运行，按一定的程序在组内自动地逐架传递，每架的动作自动开始，自动停止，直至本组另一端的末架完成该动作为止。成组执行什么动作、组的位置、架数、动作的传递方向取决于操作架位置以及在操作架上所键入的选择命令。成组自动控制必须先作一系列的参数设置，也就是给成组自动控制设条件定规则，但不必每次都设置，参数存入后只在要改变时才重新设置。PM31系统的应用程序为自动降-移-升、推溜、拉溜、伸缩护帮板和伸缩梁等动作提供了成组自动控制功能。
4.在顺槽巷道中对工作面支架进行控制
在顺槽巷道中装备有PM31系统的主控计算机的条件下，可使用一个放置在主控计算机近旁并与主控计算机相连接的支架控制器，在该控制器上操作，对工作面支架的动作实施远方控制。
5.以采煤机位置为依据的支架自动控制
这是支架控制的高级功能。要实现这项功能系统必须有采煤机的位置检测装置。检测到的采煤机位置信息必须传给系统。根据工作面的作业规程，确定采煤机运行到某一位置时哪些支架应相应地执行什么动作，这些操作要求被编成程序存入系统中，系统根据采煤机位置的信息自动发出命令指挥相应的支架控制器完成这些操作。支架的正常动作过程完全自动地进行。
6.支柱在工作中发生卸载时的自动补压功能和需要时使压力超过泵压的自动增压功能
PM32控制器提供了一项称为PSA（Positive Set Automatic）的自动功能。支柱在支撑中如因某种原因发生压力降落，当压力降至某一设定值时，系统会自动执行升柱，补压到规定压力，并可执行多次，保证支护质量。
在液压系统具有增压装置和功能的条件下，在执行PSA功能的基础上，需要时PM32控制器可提供一项称为HPS（High Pressure Setting）的高压自动增压功能，使立柱压力在PSA的目标压力之上自动增压并保持超过泵站供液压力的某一设定的高压力值。在这种状态下如压力降至另一设定值，系统还会自动再执行增压，可多次反复进行，保证支架处于高强度的支护状态。
7.闭锁及紧急停止功能
为安全目的不允许工作面某处支架动作时（如因维修或其他目的，人员要在这个位置工作），可操作支架控制器上的闭锁键将本支架闭锁，同时在软件作用下还将左右邻架也闭锁，只有解锁操作后才可恢复。闭锁的实质是禁止电磁阀驱动器的工作。对于被闭锁的三个支架以外的其他支架控制器不受影响，仍可正常工作。
当工作面发生可能危及安全生产的紧急情况，需要立即停止或禁止支架的自动动作时，可按压任意一个支架控制器上的紧急停止按键（与闭锁键共用），全工作面支架自动动作立即停止并在急停解除前自动控制功能被禁止。
8.其他信息功能
PM31系统的信息功能丰富。支架控制器、主控制计算机及其他装置上有多种形式的信息媒体，包括字符、图形显示，蜂鸣器声响信号及很多状态显示LED。系统可向用户提供的信息归纳为以下几类：支架动作的警示声光信号，控制过程和状态信息，支架工况信息（传感器检测值），设置的控制参数信息，故障和错误信息及一些系统本身的状态信息。除此之外，PM31电液控制系统还可以记录采煤机及刮板输送机的运行历史数据，并将这些设备的运行信息，以图、表的方式自动存储记录在日志文件夹。典型的信息存储如图1~4所示。
PM31系统还具有向系统外（如井下或地面测控站）传输信息的功能。

图1 支架压力分布历史数据图

图2 传感器历史数据图

图3 刮板机推移历史数据图

图4 采煤机运行历史数据图

某矿自动化工作面的PM31电液控制系统的配置状况和联接关系如图5及图6所示。

图5 PM31支架电液控制系统配置和联接（单个支架的单元系统）

图5表示的是在一个支架之内以支架控制器为核心，并包括其输入输出外围设备的单架系统。每个单架系统组合起来构成一套全工作面完整的电液控制系统。

图6 PM31支架电液控制系统配置与联接（全工作面系统）

图6表示的是全工作面的整个系统主干，每个支架装备一台支架控制器，控制器之间按顺序互联成网，还配备联接了其他一些不可缺少的设备部件，形成完善的系统。
以下就系统配置和联接的有关问题作进一步说明：
（1）每一支架内的单元系统以一台支架控制器为核心，还包括作为控制器外围设备的五个传感器和一套电液阀组：二个压力传感器测量左右立柱下腔液压力；一个行程传感器测量推移千斤顶的行程；一个红外线接收器检测采煤机的运行位置和方向；一个倾角传感器测量支架顶梁沿走向的倾斜角度。电液阀组是控制系统的执行部件，按被控对象及动作功能分为若干单元，每个单元包括一个液动主控换向阀、一个与之对应的用来控制驱动主换向阀的电磁先导阀，先导阀用两个电磁线圈驱动。电液阀组的一个单元一般用来控制同一液压缸的伸和缩两个动作（即两个功能），两个电磁线圈的分别吸合导致了这两个对应的动作。阀组的单元数取决于被控对象和控制动作（功能）的多少。在每个单架系统中还有一个电磁线圈驱动器，支架控制器通过它来控制激励电液阀组的每一个电磁线圈。电磁线圈驱动器与电液阀组装在一起，便于驱动器的多路输出小电缆就近连接到电液阀组的每一单元上。
（2）工作面的支架控制器因供电关系而被分组，相邻的最多6～7个控制器由一路独立的直流电源供电，成为一个控制器组。分组的标志是组与组之间都接入一个隔离耦合器，它隔断了组与组间的电气联接而又通过光电耦合沟通数据通信信号，这种方式是为达到本质安全性能所采取的措施。此外隔离耦合器为电源引入提供通道。
（3）所有支架控制器靠干线电缆互联成网络。干线电缆从端头架控制器开始顺序将全部支架控制器联接起来（在组分界点经隔离耦合器中介）。每个支架控制器都有地址编号，地址号是按顺序连续的。干线电缆有4根芯线，其中3根为贯通的公共线：1号芯线为电源12V，2号芯线是称为TBUS的所有控制器间公共的通信总线，3号芯线是称为Bidi的邻架间的通信线，4号芯线为电源0V，也是通信信号的公共的零电位点。
（4）系统中的网络终端器、总线提升器均为保证系统正常工作所必须的辅助装置。
（5）PM31系统还可在图6介绍的全工作面系统的基础上，引入更高级的配置：一是增设采煤机位置检测系统，实现以采煤机位置为依据的支架自动控制；二是增设位于顺槽巷道中的主控制计算机，实现高级的监测控制功能。顺槽主控制计算机系统与工作面系统之间的联接电缆也是4芯的干线电缆，对接点是端头架控制器原来安装网络终端器的端口（网络终端器移至主控计算机系统规定的位置）。
PM31系统的最低层也就是最基本的单元是每一架支架上的控制装置，它以一台支架控制器为核心并完整地包含了作为自动控制装置必备的另外两环节：检测环节（由几个传感器组成）和执行环节（由几个电磁先导阀和液控主阀组成的阀组）。
支架控制器装有软件，通过键操作运行程序，主要任务是执行本支架的全部动作和工况监测的数据采集，这是支架控制器单元的独立功能。虽然控制器单元具有独立功能，但独立使用并无多大意义。高产高效综采工作面所要求的支架方便灵活的操作，可靠的安全保障和支架控制自动化，所必须的众多支架间的协调配合关联动作，只有通过控制器的互联才能实现。
工作面所有支架的控制器互联成为一个集成化的网络系统的主要特征是控制器间实现数据通信，充分发挥计算机控制的优势，使系统的功能上一个高台阶。控制器互联后在本架控制基础上实现了邻架控制、成组自动控制、全线紧急停止等主要功能。每架配备控制器及传感器、阀组等成套装置，控制器互联成网，这是PM31系统实用化的一个应用层次，其功能已能满足综采工作面的基本要求。PM31系统为控制器互联应用配置了必须的硬件（联接电缆、通信接口、隔离耦合器等）及与数据通信和控制功能相应的软件。
在全工作面支架控制器(SCU)互相联网的基础上，设立主控计算机并与工作面支架控制器（SCU）网络联接。主控机可以汇集并存入工作面支架控制器传来的数据，可在屏幕上显示数据信息，可设置输入控制参数，可发出命令控制工作面支架，可紧急停止支架的动作。在装备有采煤机位置检测系统的工作面，主控计算机可与采煤机位置检测系统数据通信，监视采煤机位置，实现以采煤机运行位置为依据的支架自动控制。如需要，主控计算机可与上位机（地面监控站）或其他计算机进行串行数据通信。
PM31的最高层次是设置地面监控站（计算机），它与井下主控计算机互传数据信息，从而在地面可监视工作面支架的状况，存储信息资料，参与支架的控制。主控制器可设置和输入控制参数发出控制命令，可实现采煤机位置检测及以采煤机运行位置为依据的支架自动控制，还可以承担工作面区域内的其他测控任务，并具备向更上一级或其他计算机联接通信的接口和能力。
1.支架远程遥控操作效果评价
测试方案：为实现对工作面支架的手动远程操作，在液压支架主控机上设置一个控制器，通过采煤机摄像系统图像信息，支架主控器上支架状态等信息，操作人员可实现对支架的远程干预。
测试结果：试验了远程遥控支架的功能，控制程序可以实现所需功能。但操作人员必须在确定支架周边实际情况后方可进行支架遥控操作。
2.支架跟机自动移架、推溜效果评价
测试结果：液压支架在电液系统控制下，通过获取采煤机位置信号实现自动移架、推溜，通过控制支架满行程拉架、推溜，工作面成形效果较好。测试初期存在支架移架速度影响采煤机运行速度情况，后通过更换高强度推拉头立销，将所有推拉节流阀进行短接，支架移架速度大幅改善，解决了由于支架移架速度慢容易漏架，影响采煤机运行速度的问题。
3.支架三角区域自动化试验效果评价
测试情况：对支架三角区自动化程序进行了测试，程序可以实现预期功能。原程序存在三角区范围太长的缺点，现在程序已经修改，可根据实际工艺设置三角区返刀距离。机头属人员相对集中区域，机头、机尾端头支架与刮板机驱动盖板间距离较小，在上述区域运行自动化拉架程序存在一定人员及设备安全隐患，需在监护下运行自动化程序。
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