综采工作面液压支架集控系统设计研究.pdf

总第 1 4 9期 2 0 1 5年第 7期 设 计试 验 机械管理开发 M EC H ANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVELOPM ENT 1 b t a l o f 1 4 9 No ． 7 2 0 1 5 综 采工作 面液 压支架集控系统设计研究 侯 磊 山西 兰花科 技创 业股 份 有 限公 司伯 方 煤矿 ，山西晋城0 4 8 0 0 0 摘 要 详 细 阐述 了综采 工 作 面 液压 支 架 集控 系统 的硬 件 、软件 设 计及 其 实现 规 程 。该 系统 实 时性 高 ，通信 稳 定 ，集控 程度 高，能 满足 建立 高产 高效 综采 工作 面的要 求。 关键 词 综采 工作 面 ；液压 支架 ；集 中控 制 中图分 类号 T D 3 5 5 ． 4 文 献标 识码 A 文章 编号 1 0 0 3 ． 7 7 3 X 2 0 1 5 0 7 ． 0 0 3 7 ． 0 3 DoI 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ j ． c n k i ． c n 1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 01 4 引 言 随着煤炭工业的迅猛发展 ， 对煤矿井下机 械的 自动化要求也越来越 高 ， 综采 工作面 的 自动化集 约 控制是实现高产 高效生 产 的一个重要 方 面。我 国 井下液压支架控制 主要集 中在 成组和手动控制上 ， 液压支架 的 自动控 制技术 目前还需要 进一 步研究 完善。因为现 阶段 我 国的 国产 液压支 架控 制系统 在应用过程中仍存在系统不稳定 、 自动化程度不高、 适应性不强等现象 ， 不能满足 我国煤矿开采地质条 件 比较复杂的要求 ， 所 以没有在 全国范围 内推广使 用 。目前国 内井下 主要采 用 国外 进 口的综采 工作 面液压支架控制系统 ， 但 由于价格 昂贵制约着我 国 井下高产高效工作面的普及和发展口 ] 。井下无人值 守综采工作面实现的关键是液压支架集控 系统 ， 该 系统是实现煤炭生产高产 高效 的核心 。所 以， 研究 开发综采工作 面液压支 架集控 系统对 于我 国煤 矿 机械化的发展是极具价值 的 ] 。 1 液 压 支 架 集 中控 制 系统 1 ． 1 组 成 结 构 该液压集成控制 系统是 以双 RS 4 8 5总线为基 础 ， 由顶板压力 、 位移 传感器 、 支架 间距 、 端头 控制 器 、 红外接收 器及 本安 型计 算 机组 成 的一 种 多机 收稿 日期 2 0 1 5 0 3 1 9 作者 简 介 侯磊 1 9 8 6 一 ，男 ，山西 高平 人 ，助 理 工程 师 ，现就职 于 山西 兰花科技 创 业股份 有 限公 司伯 方煤矿 ，从事机电技术管理工作。 通信 网络 ， 如图 1所示 。 图 1 综 采工作 面液压 支架 集控 系统 结构 综采工作面液压支架集 控系统 的基础是 间架 控制器 。它不仅 可 以将液压 支架运 行状态 与采煤 机的位置通 过红 外传 感器 、 位 移 传感 器和 压力 传 感 器采集并传 输 到端 头控 制 器 ， 而且 还可 以对 液 压 支架实现成组控 制和邻架控制 。 端头控制 器安 装 在 工作 面 的两 端 ， 在作 业 过 程 中 ， 有两条 R8 4 8 5总线进行工作 ， 一条 RS 4 8 5总 线 主要 负责对工作 面每架支 架作业 过程 中的各 种 参数及采 煤机 的运 行位 置 进行 连续 监测 ， 并 将信 息实 时传送 给 计算 机进 行 分析 ， 及 时为 工作 面 正 常运行提供保 障 ； 另 一条 RS 4 8 5总线通 过对 收集 到 的参数进 行 分析 ， 确 定 工作 面采煤 机 的实 时位 置 ， 并通过 总线 将命 令 传递 给 液压支 架架 间控制 器 ， 从 而达 到控 制液 压 支架 与采 煤机 相互 配 合作 业 的 目的， 完成工作 面 的 自动化作业 ， 降低人 员 的 劳动强度 。工作面 自动控 制系统 的防爆计算 机安 装在工作面 巷道 控制 硐 室 内， 防爆 计 算机 可 以对 端头控制器收集过来 的液 压支架 工作状态参 数实 防爆计算机 3 8 机 械 管 理 开 发 j x g l k f b j b 1 2 6 ． c o rn 时 显 不 。 1 ． 2 端头控制 器 在工作 面液压支 架集 控 系统 中 ， 端 头控 制 器 需要对 液压支架 的各项 状 态参 数进行 收集 ， 同时 还需要 对 支 架 的各 项 运 行状 态 进 行 控 制 。由 于 单个 C P U不 能 实 现 连续 性 检 测 控 制 ， 因 此 该 控 制器采 用双 C P U 的设 计 方 案 。其 中 ， 巡 检 C P U 的作用 是 收集 工 作 面 的各 项 参 数 ， 主控 C P U 通 过接 收计算机发 出的各 种命 令及 巡检 C P U 所 收 集 的采煤机作业 位置 的各 种参 数 ， 并对 工作 面 支 架 实现 自动化控 制 ， 所用 C P U均 由 S P I 接 口进 行 连接 且进行 数据 传输 。两个 C P U 可 以 同时 与 间 架控 制器 实 现 通 信 ， 通 过 S P I口实 现 数 据 共 享 ， 提 高集控系统 的高效 率运 行 ， 端 头控 制器示 意 图 如 图 2所 示 。 存储 电路 巡检 CP U ⋯P u 显 示电路 4 8 5通 信 电路 1 4 8 5通 信 电路2 S 4 8 5通信 电路 1 4 8 5通信 电路2 图 2 端 头控 制 器 连 接 示 意 图 1 ． 3 集 控 通 信 设 计 由于煤 矿 工 作 面 作 业 环 境 差 、 煤 尘 大 、 湿 度 大、 干扰电磁能力强 ， 因此通讯 系统必须有 较强 的 抗 电磁干扰能力 ， 在设计 中选用 RS 4 8 5通信系统 ， 通 过工 业 应 用 实 践 表 明 此 系 统 抵 抗 电 磁 干 扰 的 能力 强 ， 适应煤矿井下 的恶劣作业 环境 ， 连接示 意 图 如 图 3所 示 。该 系 统 选 用 MAX3 0 8 8芯 片 ， 芯 片 通信节点多 ， 通信效 率高 ， 通信 可靠 。通 过光 电耦 合器将 C P U 的信号与通信 的电路进行 隔离 ， 既可 以 对 C P U 进行 保 护 ， 又 可 以 顺 利 实 现 通 讯 系 统 与 C P U 两 者 之 间 的 电平 转 换 。设 计 中使 用 Mo d b u s 通信协议 ， 使 得 端头 控 制器 与液 压支 架架 间控 制 器联系起来组成多机通讯 网络 。 詈 鼋 鑫 H 2 ； 图 3 通 信 接 口设 计 结 构 第 3 0卷 2 液压支架集中控制模型建立 液压 支架集 中控 制就是通过采 煤机 的红外 线 位置信 号及运 行位 置 ， 对相 应 的工作 面 液压 支 架 发出命令 ， 配合采煤机进行 割煤 ， 从 而完成 整个循 环作业 ， 如 图 4所示 。 推溜小循环采 煤机收护帮板 位置K 图 4 液 压 支架集 中控 制模 型 3 集 中控 制 软 件 设 计 及 结 果分 析 在该控制系 统运 行 过程 中， 端 头控 制 器接 收 计算机发 出的集 控指 令 、 采煤 机位 置参 数及 支 架 的各种工作 参数 进行 检测 ， 并 将数 据传 输 到计 算 机 上 用 于 判 断 支 架 的 工 作 运 行 参 数 是 否 符 合 要 求 ， 经计算 机判 断后 ， 若 各种 参 数正 常 ， 则 向问架 控制器发 出命 令 ， 配合 采煤 机 割煤 。若判 断 液压 支架发生故障 ， 则迅 速发 出信 号 ， 且将 液压 支架 的 故 障信息 显示 到控 制系统 的显示屏 上 ， 以便 安排 维修人员进行维修作业 。计 算机指 令及端 头控 制 流程 如 图 5 、 下 页 图 6所 示 。 图 5 防爆 计 算机 向端 头控制 器 发 送 集控 指 令流程 4 结语 通过对综 采工 作 面液 压支 架 集控 要求 分 析 ， 2 0 1 5年 第 7期 侯 磊 综采工作 面液压支架集控 系统设计研究 巡检支 架参数 削断采煤工 艺段 号 l 计算被控支架号 l 发送集控命令 图 6 端 头控 制 器集控 流 程 39 根据工作面 生产 工艺 流程 ， 提 出综 采 工作 面液 压 支架集 控策略 ， 设计液 压支架集 控系统 ， 该 系统能 够实时准确 的集 中控 制液 压支 架 ， 对 实现 高产 高 效综采 工作面具有重 大意义。 [1 ] [ 2] [ 3] 参 考 文 献 李磊 ， 宋建成 ， 田慕琴 ， 等． 基 于 D S P和 R S 4 8 5总线的 液压支 架 电液 控 制 通信 系 统 的 设计 [ J ] ． 煤 炭 学报 ， 2 01 0， 35 4 7 0l _ 70 4 ． 李文华． 一种液压支架端 头控制 器通讯 系统 的设 计E J ] 电气 传动 ， 2 0 1 0 ， 4 0 9 5 8 6 1 ． 陈特效 ， 袁雄兵 ， 龚志鹏 ， 等． 基于 MV B的机车逻辑 控 制单 元[ J ] ． 计算机测量与控制 ， 2 0 0 8 ， 1 6 7 9 7 6 9 7 9 ． 编辑 赵琳琳 The I nt e g r a t e d Co nt r o l S y s t e m o f Hy d r a u l i c S u pp o r t f o r t h e Fu l l y M e c h a ni z e d Co a l M i n i ng Fa c e Hon Le i B o f a n g C o a l Mi n e o f S h a n x i La n h u a Te c h n o l o g y B u s i n e s s Co ．， Lt d ． ，J i n c h e n g S h a n x i 0 4 8 0 0 0 [ A b s t r a c t ] De s i g n t h e h y d r a u l i c s u p p o r t c o n t r o l s y s t e m o f f u l l y me c h a n i z e d w o r k i n g f a c e ，d e t a i l e d d e s c r i b e s t h e s e t o f h a r d w a r e a nd s o f t wa r e of t h e c ont r ol s ys t e m de s i g n a n d i t s i mpl e me nt a t i o n pr oc e dur e s ．The s ys t e m r e a l t i me pe r f o r ma n c e i s hi gh，s t a b l e c o mmu n i c a t i o n，i n t e g r a t i o n d e g r e e i s h i g h，c a n s a t i s f y t h e r e q u i r e m e n t o f b u i l d i n g h i g h y i e l d a n d h i g h e f f i c i e n c y o f f u l l y me c h a ni z e d wor ki ng f a c e ． [ K e y wo r d s ] f u l l y me c h a n i z e d c o a l m i n i n g f a c e ； h y d r a u l i c s u p p o r t ； i n t e g r a t e d c o n t r o l 上接 第 1 3页 Fo r c e An a l y s i s t o M u l t i l a y e r W i n di n g Dr u m Ba s e d o n Ans y s Yu Qi a n Te c h no l o gy Ce nt e r o f Ta i yu a n H e a vy I ndu s t r y Co ．， Lt d．，Ta i yu a n Sha n xi 03 00 24 [ A b s t 阳c t ] Ta k i n g t h e s o f t wa r e o f An s y s a s a t o o l ， t h i s p a p e r s t u d i e s t h e f o r c e a n a l y s i s t o mu l t i l a y e r w i n d i n g d r u m wh i c h i s u s e d i n c r a n e ． M o r e a c c u r a t e s t r e s s d i s t r i b u t i o n c a n b e o b t a i n e d wh e n t h e d r u m h o i s t s h e a v y o b i e e t s ． Th e we a k n e s s c a n b e s h o we d i n t h e r e s u l t a n d g e t t i n g r e a s o n a b l e s t r u c t u r e o f c r a n e d r u m． [ K e y wo r d s ] c r a n e ；d r u m； An s y s 上 接 第 2 8页 Th e The o r y De s i g n Opt i m i z a t i o n o f Hy dr a u l i c Cy l i nd e r i n t h e Ex t r u s i o n Pr e s s [ Ab s t r a c t ] I n o r d e r t o i n s u r e t h e r e l i a b i l i t y o f h y d r a u l i c c y l i n d e r ， t h i s p a p e r a n a l y s e s t h e f a i l u r e f o r m， p a r t a n d r e a s o n 。 a n d i l l u mi n a t e s t h e p r o c e s s o f t h e d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n o f t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r ，t h e n v a l i d a t e s t h e r a t i o n a l i t y o f t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s ． I- K e y wo r d s ] h y d r a u l i c c y l i n d e r ； t h e f o r m a n d l o c a t i o n o f f a i l u r e ； t h e o r y d e s i g n o p t i mi z a t i o n 0 O O X n h S U y T ．● L 唧 e O L m y M y V a U y a r