一、電液控制功能概述
某礦采煤工作面配備的TAGOR(1.1/2.2)型二柱掩護(hù)式液壓支架采用PM31電液控制系統(tǒng)操控。
PM31系統(tǒng)的主要功能是控制支架的所有動(dòng)作?？刂剖窃趹?yīng)用程序基礎(chǔ)上進(jìn)行。控制的命令是操作人員通過(guò)鍵操作發(fā)出的（或是根據(jù)采煤機(jī)位置由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出），傳感器檢測(cè)的實(shí)時(shí)值和用戶設(shè)置的各種參數(shù)也是控制過(guò)程的重要條件。PM31系統(tǒng)發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，賦予系統(tǒng)豐富的功能，使支架控制方便、靈活、協(xié)調(diào)、安全，尤其是應(yīng)用程序修改的易行性和控制參數(shù)項(xiàng)目的完善周密及調(diào)整簡(jiǎn)便，使系統(tǒng)做到控制功能與工作面條件和生產(chǎn)工藝要求盡可能好地配合適應(yīng)。PM31電液控制系統(tǒng)的主要功能包括：
1.用按鍵對(duì)單個(gè)支架動(dòng)作的非自動(dòng)控制
操作人員在任意一個(gè)支架上操作，先選某一個(gè)支架為被控支架，這個(gè)被控支架根據(jù)用戶的需求和安全的要求，軟件確定了其可選擇的范圍。一般情況下，可選擇的僅為左、右鄰架。需要時(shí)，軟件可將可選架范圍擴(kuò)展至與本架相隔的左邊或右邊的若干個(gè)單架。原則上不允許操作人員的本架為被控架，如支架和工作面安全條件允許，經(jīng)用戶與廠家協(xié)議，軟件也可做到本架為被控架。被控架選定后要使被控支架進(jìn)行某一動(dòng)作或某些聯(lián)合動(dòng)作，就接著按面板上相應(yīng)的操作鍵。這是系統(tǒng)提供的最基礎(chǔ)的初級(jí)功能。這種“單控”操作又有三種形式的區(qū)分：
① 對(duì)于一些重要的常用的單動(dòng)作和聯(lián)合動(dòng)作，在面板上定義了專用鍵，在被控支架選定后按專用鍵即可。這是一種快捷方式。動(dòng)作的維持必須靠持續(xù)按鍵不松手，松開(kāi)鍵動(dòng)作就停止。
② 如果被控制的對(duì)象及動(dòng)作多，不可能所有動(dòng)作都定義專用快捷鍵。系統(tǒng)將不常用的動(dòng)作的操作項(xiàng)目歸入菜單中，通過(guò)菜單選項(xiàng)后再統(tǒng)一使用兩個(gè)特定鍵操作。動(dòng)作的維持也必須持續(xù)按鍵。
③ 對(duì)于可能需要持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的單動(dòng)作，也在面板上定義了直接操作的專用鍵，但不必持續(xù)按鍵，采用點(diǎn)按方式，一按啟動(dòng)，再按停止。本架推溜就用這種方式操作。
2.對(duì)單個(gè)支架的降柱-移架-升柱動(dòng)作施行自動(dòng)順序聯(lián)動(dòng)
PM31控制器的程序?qū)⑦@些相關(guān)聯(lián)貫的動(dòng)作協(xié)調(diào)連續(xù)起來(lái)合成為一個(gè)復(fù)合動(dòng)作，自動(dòng)按程序執(zhí)行。每個(gè)單動(dòng)作的進(jìn)程及單動(dòng)作之間的銜接與協(xié)調(diào)均以設(shè)置的參數(shù)或傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的數(shù)據(jù)為依據(jù)。
3.成組自動(dòng)控制
成組自動(dòng)控制的含義是：以工作面的任何一個(gè)支架為基準(zhǔn)（操作架），向左或向右連續(xù)相鄰的若干個(gè)支架被設(shè)定為某次某一動(dòng)作的一個(gè)成組，支架的某一動(dòng)作（單動(dòng)作或自動(dòng)順序聯(lián)動(dòng)的復(fù)合動(dòng)作）在給出命令后從這個(gè)組一端的起始架開(kāi)始運(yùn)行，按一定的程序在組內(nèi)自動(dòng)地逐架傳遞，每架的動(dòng)作自動(dòng)開(kāi)始，自動(dòng)停止，直至本組另一端的末架完成該動(dòng)作為止。成組執(zhí)行什么動(dòng)作、組的位置、架數(shù)、動(dòng)作的傳遞方向取決于操作架位置以及在操作架上所鍵入的選擇命令。成組自動(dòng)控制必須先作一系列的參數(shù)設(shè)置，也就是給成組自動(dòng)控制設(shè)條件定規(guī)則，但不必每次都設(shè)置，參數(shù)存入后只在要改變時(shí)才重新設(shè)置。PM31系統(tǒng)的應(yīng)用程序?yàn)樽詣?dòng)降-移-升、推溜、拉溜、伸縮護(hù)幫板和伸縮梁等動(dòng)作提供了成組自動(dòng)控制功能。
4.在順槽巷道中對(duì)工作面支架進(jìn)行控制
在順槽巷道中裝備有PM31系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)的條件下，可使用一個(gè)放置在主控計(jì)算機(jī)近旁并與主控計(jì)算機(jī)相連接的支架控制器，在該控制器上操作，對(duì)工作面支架的動(dòng)作實(shí)施遠(yuǎn)方控制。
5.以采煤機(jī)位置為依據(jù)的支架自動(dòng)控制
這是支架控制的高級(jí)功能。要實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能系統(tǒng)必須有采煤機(jī)的位置檢測(cè)裝置。檢測(cè)到的采煤機(jī)位置信息必須傳給系統(tǒng)。根據(jù)工作面的作業(yè)規(guī)程，確定采煤機(jī)運(yùn)行到某一位置時(shí)哪些支架應(yīng)相應(yīng)地執(zhí)行什么動(dòng)作，這些操作要求被編成程序存入系統(tǒng)中，系統(tǒng)根據(jù)采煤機(jī)位置的信息自動(dòng)發(fā)出命令指揮相應(yīng)的支架控制器完成這些操作。支架的正常動(dòng)作過(guò)程完全自動(dòng)地進(jìn)行。
6.支柱在工作中發(fā)生卸載時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)壓功能和需要時(shí)使壓力超過(guò)泵壓的自動(dòng)增壓功能
PM32控制器提供了一項(xiàng)稱為PSA（Positive Set Automatic）的自動(dòng)功能。支柱在支撐中如因某種原因發(fā)生壓力降落，當(dāng)壓力降至某一設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行升柱，補(bǔ)壓到規(guī)定壓力，并可執(zhí)行多次，保證支護(hù)質(zhì)量。
在液壓系統(tǒng)具有增壓裝置和功能的條件下，在執(zhí)行PSA功能的基礎(chǔ)上，需要時(shí)PM32控制器可提供一項(xiàng)稱為HPS（High Pressure Setting）的高壓自動(dòng)增壓功能，使立柱壓力在PSA的目標(biāo)壓力之上自動(dòng)增壓并保持超過(guò)泵站供液壓力的某一設(shè)定的高壓力值。在這種狀態(tài)下如壓力降至另一設(shè)定值，系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)再執(zhí)行增壓，可多次反復(fù)進(jìn)行，保證支架處于高強(qiáng)度的支護(hù)狀態(tài)。
7.閉鎖及緊急停止功能
為安全目的不允許工作面某處支架動(dòng)作時(shí)（如因維修或其他目的，人員要在這個(gè)位置工作），可操作支架控制器上的閉鎖鍵將本支架閉鎖，同時(shí)在軟件作用下還將左右鄰架也閉鎖，只有解鎖操作后才可恢復(fù)。閉鎖的實(shí)質(zhì)是禁止電磁閥驅(qū)動(dòng)器的工作。對(duì)于被閉鎖的三個(gè)支架以外的其他支架控制器不受影響，仍可正常工作。
當(dāng)工作面發(fā)生可能危及安全生產(chǎn)的緊急情況，需要立即停止或禁止支架的自動(dòng)動(dòng)作時(shí)，可按壓任意一個(gè)支架控制器上的緊急停止按鍵（與閉鎖鍵共用），全工作面支架自動(dòng)動(dòng)作立即停止并在急停解除前自動(dòng)控制功能被禁止。
8.其他信息功能
PM31系統(tǒng)的信息功能豐富。支架控制器、主控制計(jì)算機(jī)及其他裝置上有多種形式的信息媒體，包括字符、圖形顯示，蜂鳴器聲響信號(hào)及很多狀態(tài)顯示LED。系統(tǒng)可向用戶提供的信息歸納為以下幾類：支架動(dòng)作的警示聲光信號(hào)，控制過(guò)程和狀態(tài)信息，支架工況信息（傳感器檢測(cè)值），設(shè)置的控制參數(shù)信息，故障和錯(cuò)誤信息及一些系統(tǒng)本身的狀態(tài)信息。除此之外，PM31電液控制系統(tǒng)還可以記錄采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)的運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，并將這些設(shè)備的運(yùn)行信息，以圖、表的方式自動(dòng)存儲(chǔ)記錄在日志文件夾。典型的信息存儲(chǔ)如圖1~4所示。
PM31系統(tǒng)還具有向系統(tǒng)外（如井下或地面測(cè)控站）傳輸信息的功能。
圖1 支架壓力分布?xì)v史數(shù)據(jù)圖
圖2 傳感器歷史數(shù)據(jù)圖
圖3 刮板機(jī)推移歷史數(shù)據(jù)圖
圖4 采煤機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)圖
二、電液控制系統(tǒng)配置方式
某礦自動(dòng)化工作面的PM31電液控制系統(tǒng)的配置狀況和聯(lián)接關(guān)系如圖5及圖6所示。
圖5 PM31支架電液控制系統(tǒng)配置和聯(lián)接（單個(gè)支架的單元系統(tǒng)）
圖5表示的是在一個(gè)支架之內(nèi)以支架控制器為核心，并包括其輸入輸出外圍設(shè)備的單架系統(tǒng)。每個(gè)單架系統(tǒng)組合起來(lái)構(gòu)成一套全工作面完整的電液控制系統(tǒng)。
圖6 PM31支架電液控制系統(tǒng)配置與聯(lián)接（全工作面系統(tǒng)）
圖6表示的是全工作面的整個(gè)系統(tǒng)主干，每個(gè)支架裝備一臺(tái)支架控制器，控制器之間按順序互聯(lián)成網(wǎng)，還配備聯(lián)接了其他一些不可缺少的設(shè)備部件，形成完善的系統(tǒng)。
以下就系統(tǒng)配置和聯(lián)接的有關(guān)問(wèn)題作進(jìn)一步說(shuō)明：
（1）每一支架內(nèi)的單元系統(tǒng)以一臺(tái)支架控制器為核心，還包括作為控制器外圍設(shè)備的五個(gè)傳感器和一套電液閥組：二個(gè)壓力傳感器測(cè)量左右立柱下腔液壓力；一個(gè)行程傳感器測(cè)量推移千斤頂?shù)男谐?；一個(gè)紅外線接收器檢測(cè)采煤機(jī)的運(yùn)行位置和方向；一個(gè)傾角傳感器測(cè)量支架頂梁沿走向的傾斜角度。電液閥組是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，按被控對(duì)象及動(dòng)作功能分為若干單元，每個(gè)單元包括一個(gè)液動(dòng)主控?fù)Q向閥、一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)主換向閥的電磁先導(dǎo)閥，先導(dǎo)閥用兩個(gè)電磁線圈驅(qū)動(dòng)。電液閥組的一個(gè)單元一般用來(lái)控制同一液壓缸的伸和縮兩個(gè)動(dòng)作（即兩個(gè)功能），兩個(gè)電磁線圈的分別吸合導(dǎo)致了這兩個(gè)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。閥組的單元數(shù)取決于被控對(duì)象和控制動(dòng)作（功能）的多少。在每個(gè)單架系統(tǒng)中還有一個(gè)電磁線圈驅(qū)動(dòng)器，支架控制器通過(guò)它來(lái)控制激勵(lì)電液閥組的每一個(gè)電磁線圈。電磁線圈驅(qū)動(dòng)器與電液閥組裝在一起，便于驅(qū)動(dòng)器的多路輸出小電纜就近連接到電液閥組的每一單元上。
（2）工作面的支架控制器因供電關(guān)系而被分組，相鄰的最多6～7個(gè)控制器由一路獨(dú)立的直流電源供電，成為一個(gè)控制器組。分組的標(biāo)志是組與組之間都接入一個(gè)隔離耦合器，它隔斷了組與組間的電氣聯(lián)接而又通過(guò)光電耦合溝通數(shù)據(jù)通信信號(hào)，這種方式是為達(dá)到本質(zhì)安全性能所采取的措施。此外隔離耦合器為電源引入提供通道。
（3）所有支架控制器靠干線電纜互聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。干線電纜從端頭架控制器開(kāi)始順序?qū)⑷恐Ъ芸刂破髀?lián)接起來(lái)（在組分界點(diǎn)經(jīng)隔離耦合器中介）。每個(gè)支架控制器都有地址編號(hào)，地址號(hào)是按順序連續(xù)的。干線電纜有4根芯線，其中3根為貫通的公共線：1號(hào)芯線為電源12V，2號(hào)芯線是稱為T(mén)BUS的所有控制器間公共的通信總線，3號(hào)芯線是稱為Bidi的鄰架間的通信線，4號(hào)芯線為電源0V，也是通信信號(hào)的公共的零電位點(diǎn)。
（4）系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)終端器、總線提升器均為保證系統(tǒng)正常工作所必須的輔助裝置。
（5）PM31系統(tǒng)還可在圖6介紹的全工作面系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入更高級(jí)的配置：一是增設(shè)采煤機(jī)位置檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以采煤機(jī)位置為依據(jù)的支架自動(dòng)控制；二是增設(shè)位于順槽巷道中的主控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)高級(jí)的監(jiān)測(cè)控制功能。順槽主控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與工作面系統(tǒng)之間的聯(lián)接電纜也是4芯的干線電纜，對(duì)接點(diǎn)是端頭架控制器原來(lái)安裝網(wǎng)絡(luò)終端器的端口（網(wǎng)絡(luò)終端器移至主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)規(guī)定的位置）。
PM31系統(tǒng)的最低層也就是最基本的單元是每一架支架上的控制裝置，它以一臺(tái)支架控制器為核心并完整地包含了作為自動(dòng)控制裝置必備的另外兩環(huán)節(jié)：檢測(cè)環(huán)節(jié)（由幾個(gè)傳感器組成）和執(zhí)行環(huán)節(jié)（由幾個(gè)電磁先導(dǎo)閥和液控主閥組成的閥組）。
支架控制器裝有軟件，通過(guò)鍵操作運(yùn)行程序，主要任務(wù)是執(zhí)行本支架的全部動(dòng)作和工況監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集，這是支架控制器單元的獨(dú)立功能。雖然控制器單元具有獨(dú)立功能，但獨(dú)立使用并無(wú)多大意義。高產(chǎn)高效綜采工作面所要求的支架方便靈活的操作，可靠的安全保障和支架控制自動(dòng)化，所必須的眾多支架間的協(xié)調(diào)配合關(guān)聯(lián)動(dòng)作，只有通過(guò)控制器的互聯(lián)才能實(shí)現(xiàn)。
工作面所有支架的控制器互聯(lián)成為一個(gè)集成化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主要特征是控制器間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)控制的優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)的功能上一個(gè)高臺(tái)階?？刂破骰ヂ?lián)后在本架控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了鄰架控制、成組自動(dòng)控制、全線緊急停止等主要功能。每架配備控制器及傳感器、閥組等成套裝置，控制器互聯(lián)成網(wǎng)，這是PM31系統(tǒng)實(shí)用化的一個(gè)應(yīng)用層次，其功能已能滿足綜采工作面的基本要求。PM31系統(tǒng)為控制器互聯(lián)應(yīng)用配置了必須的硬件（聯(lián)接電纜、通信接口、隔離耦合器等）及與數(shù)據(jù)通信和控制功能相應(yīng)的軟件。
在全工作面支架控制器(SCU)互相聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，設(shè)立主控計(jì)算機(jī)并與工作面支架控制器（SCU）網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。主控機(jī)可以匯集并存入工作面支架控制器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，可在屏幕上顯示數(shù)據(jù)信息，可設(shè)置輸入控制參數(shù)，可發(fā)出命令控制工作面支架，可緊急停止支架的動(dòng)作。在裝備有采煤機(jī)位置檢測(cè)系統(tǒng)的工作面，主控計(jì)算機(jī)可與采煤機(jī)位置檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信，監(jiān)視采煤機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)以采煤機(jī)運(yùn)行位置為依據(jù)的支架自動(dòng)控制。如需要，主控計(jì)算機(jī)可與上位機(jī)（地面監(jiān)控站）或其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。
PM31的最高層次是設(shè)置地面監(jiān)控站（計(jì)算機(jī)），它與井下主控計(jì)算機(jī)互傳數(shù)據(jù)信息，從而在地面可監(jiān)視工作面支架的狀況，存儲(chǔ)信息資料，參與支架的控制。主控制器可設(shè)置和輸入控制參數(shù)發(fā)出控制命令，可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置檢測(cè)及以采煤機(jī)運(yùn)行位置為依據(jù)的支架自動(dòng)控制，還可以承擔(dān)工作面區(qū)域內(nèi)的其他測(cè)控任務(wù)，并具備向更上一級(jí)或其他計(jì)算機(jī)聯(lián)接通信的接口和能力。
三、應(yīng)用效果
1.支架遠(yuǎn)程遙控操作效果評(píng)價(jià)
測(cè)試方案：為實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面支架的手動(dòng)遠(yuǎn)程操作，在液壓支架主控機(jī)上設(shè)置一個(gè)控制器，通過(guò)采煤機(jī)攝像系統(tǒng)圖像信息，支架主控器上支架狀態(tài)等信息，操作人員可實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的遠(yuǎn)程干預(yù)。
測(cè)試結(jié)果：試驗(yàn)了遠(yuǎn)程遙控支架的功能，控制程序可以實(shí)現(xiàn)所需功能。但操作人員必須在確定支架周邊實(shí)際情況后方可進(jìn)行支架遙控操作。
2.支架跟機(jī)自動(dòng)移架、推溜效果評(píng)價(jià)
測(cè)試結(jié)果：液壓支架在電液系統(tǒng)控制下，通過(guò)獲取采煤機(jī)位置信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移架、推溜，通過(guò)控制支架滿行程拉架、推溜，工作面成形效果較好。測(cè)試初期存在支架移架速度影響采煤機(jī)運(yùn)行速度情況，后通過(guò)更換高強(qiáng)度推拉頭立銷(xiāo)，將所有推拉節(jié)流閥進(jìn)行短接，支架移架速度大幅改善，解決了由于支架移架速度慢容易漏架，影響采煤機(jī)運(yùn)行速度的問(wèn)題。
3.支架三角區(qū)域自動(dòng)化試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)
測(cè)試情況：對(duì)支架三角區(qū)自動(dòng)化程序進(jìn)行了測(cè)試，程序可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。原程序存在三角區(qū)范圍太長(zhǎng)的缺點(diǎn)，現(xiàn)在程序已經(jīng)修改，可根據(jù)實(shí)際工藝設(shè)置三角區(qū)返刀距離。機(jī)頭屬人員相對(duì)集中區(qū)域，機(jī)頭、機(jī)尾端頭支架與刮板機(jī)驅(qū)動(dòng)蓋板間距離較小，在上述區(qū)域運(yùn)行自動(dòng)化拉架程序存在一定人員及設(shè)備安全隱患，需在監(jiān)護(hù)下運(yùn)行自動(dòng)化程序。
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