自动化工作面液压支架控制器设计研究

关键词：液压开采工作面煤矿

当前阶段在我国的煤矿开采工作当中，需要通过各项先进支护技术来加以保障，以此来有效提高煤矿开采工作面的安全性和稳定性。通常情况下在煤矿开采工作中，工作面内部需要设置出大量的液压支架，通过液压支架的有效运用，大大提高了整个开采工作面的稳定性，但是在煤矿开采工作中，相关工作人员经常需要在液压支架附近区域来进行相关的操作，整个工作过程时间相对较长，需要投入到大量的人力和物力，并且通过人工操作的模式工作效率低下，对工作人员的人身安全也形成了一定的影响。当前，随着我国各项技术的不断研发和应用，在煤炭开采工作中对各种安全防护技术进行了充分的运用，相关研究工作人员研发出了一套全自动煤矿开采工作面的支撑和控制系统，也称之为液压支架控制器。该设备当中通过3路信号和4路通信总线所构成，可以实现对液压支架工作过程当中的信号进行实时性收集，并且通过该系统的有效应用，可以在煤矿开始工作当中对支护结构的安全性进行实时性监测。在采煤机的工作过程中可以完成相应的安全辅助操作，防止采煤机出现不良的推溜问题，有效提高了整个自动化工作面支架控制工作的安全性和稳定性。

1. 液压支架电液控制系统结构

控制设备是液压支架控制系统中的一个关键性设备类型，在实际的工作过程中表现出的作用尤为明显。在煤矿开采工作面当中，工作人员可以通过终端控制器的间接控制方式，对控制器设备的工作状态进行有效的监测和管理，将该控制器命名为间架控制器。在实际的工作过程当中需要通过电液控制系统来进行实时性控制，其中重点包含了计算机设备、端头控制器设备以及间架控制器等相关设备类型，具体结构如图1所示，间架控制器是该系统内部的重点构成环节，主要是和液压支架的电磁阀之间进行有效衔接，可以对液压支架工作过程当中的各种执行动作进行有效的控制，同时对液压支架内部所产生的压力信号进行有效的传输，真正实现了人机交互的实时性信息处理功能。间架控制器内部使用了双核处理系统，通过通信总线结构来有效完成对整个液压控制器的实时性操控，该控制模式通过使用CPU中央处理单元的2S485总线作为信号传输媒介，间架控制器可以在主机控制的模式下从主机模式和辅助工作模式之间进行有效的切换，间架控制器在根基过程当中需要通过并联的形式，有效的进入到端头的控制器内部，间架控制器和间架控制器之间需要通过双RS485总线之间进行有效的衔接，以此有效完成各种液压参数及时的上传和控制，间架控制器和计算机通知设备之间，通过网络基础结构进行有效的连接，保证计算机终端系统和监测系统工作的同步性和实时性，以此来保证整个液压支架控制器的安全稳定工作和运行[1]。

2. 间架控制器硬件设计

(1)硬件结构

间架控制器硬件结构如图2所示，间架控制器内部结构设定为双控制核心结构，CPU选择的是08051系列单片机，通过CPU接口和键盘直接进行衔接，可以完成数据的显示以及信息通信等相关功能，主控CPU环节可以对动作输出，传感器信号采集以及和计算机控制终端之间的信息之间进行有效的对接，提高整个信息输送的效率以及信息处理的实时性[2]。

(2)RS485通信电路

间架控制器的核心构成环节为RS485通信结构，间架控制器之间可以通过该电路通信结构之间来进行信息通讯，为了有效适应井下开采工作当中存在的复杂环境条件，该系统必须要适应湿度较大、灰尘较多以及干扰性较强等环境问题，因此对该系统设置出了相应的强干扰能力的RS485通信线路。该线路通信通过隔离电路的方式可以有效保护内部电路的运行工作安全性和稳定性，同时通过防高压侵入电路的辅助和保护，真正实现了整个电路的抗干扰能力[3]。光耦隔离电路，主要是通过光电耦合器限流电阻以及上拉电阻等环节所构成，作为PC系统当中的光电耦合器，单字节的发送效率为3f/s可以在-40～120℃的环境下，保持正常稳定的工作，电压的识别范围相对较大，并且可以充分满足煤矿井下的整体使用工作需求，该电路内部除了可以对数据进行实时性传输之外，同时还可以起到对整个电路通信的防护工作，可以有效预防高压信号直接侵入到电路系统内部，保证了整个电路系统工作的安全性和稳定性。

(3)信号采集电路

在检测液压支架的实施性工作状态过程中，对间架控制器3路高清度进行了模拟和分析，并且对信号采集电路来进行了深入研究，其中重点包含了2路压力信号以及1路信号采集电路，可以有效的检测立柱液压支架的前置压力，对液压支架的厚度压力以及推溜的位移信息进行准确的记录和调整添加控制器设备，通过搜集到的模拟数据以及模拟量，在端头的控制设备当中实现了相应的断开动作，信号调整电路通过输入的模拟信号之间进行有效的放大，保证整个电压输出的安全性和稳定性，进而提高了间架控制器的整体承载工作能力，信号保护电路主要是在信号接入二极管和下拉管之后将信号有效的控制在负3.3V，以此来有效满足CPU单元对信号输入过程当中的稳定性要求[4]。

3. 间架控制器集控功能设计

通过对我国某大型煤矿开采工作面的整个开采工艺流程进行了分析和研究，该开采工作面通过设计自动化液压支架控制系统，有效提高了整个液压控制器的工作效率以及质量，该煤矿开采工作面的总长度为183米，实际开的高度为2.5米，使用了122台大型的四柱液压支架，该支架共分为5组动作组，基于间架控制器和液压控制器的实际工作方式，在煤矿开采过程当中需要在开采工作面的中心区域安装相应的传感器设备和信号设计设备。在工作过程中可以向控制器系统内部发射出大量的红外位置信息，间架控制器设备在接收到相应的工作信号之后，必须要对系统当中收集到的参数进行有效的分析和使用，间架控制器会对系统当中产生的各种信号信息进行有效的收取，并且在工作面当中实现了整个系统信号的快速传输，保证了液压控制器的安全稳定工作。在控制器内部必须要对煤矿开采工作面的具体工作状态以及系统的控制方法来加以确定，对系统当中的相关指令信号进行实时性收集，有效缩短控制器系统当中数据信息的交换时间，以此来有效提高整个煤矿开采工作面的工作效率和稳定性[5]。

间架控制器在接触到端头控制信息之后，需要自动开启追机拉架作业，依照液压支架的压力传感器信号的大小来有效判断液压支架的工作状态。随后开始提拉液压支架，将液压支架直接拉向刮板运输机的范围，通过安装推移油缸当中的位移传感器，来有效判断传感器的位置是否处于正常位置，最后再进行液压支架的提升动作。依照该煤矿开采工作面的实际开展状况将压力的信号值大小设定为24MPa，当顶板的出口压力达到该状态下，需要对压力传感器当中的信号进行实时性收集，同时位移传感器需要进行定时配合完成。

4. 结束语

液压支架控制器设备的运用是实现煤矿自动化开采工作的重要影响因素，基层在煤矿自动化采煤工作当中必须要对液压支架控制器的工作状况进行实时性监测，以此来有效提高整个液压支架，控制器的工作效能以及工作的稳定性，这对提高我国煤矿综采工作面的整体效率以及安全性都有着重要的保障。

摘要：现阶段在我国很多煤矿开采工作面当中，仍然运用手动的方式来操控液压支架，在整个工作效率上相对较低，并且还存在一定的安全隐患，直接影响到了整个煤矿开采工作的安全性和稳定性。基于此，本文重点针对自动化工作面的液压支架控制器硬件设计方案展开的分析和研究，以此来有效弥补传统形势下手动操控方式所存在的缺陷和不足，提高了整个工作面开采的安全性和稳定性。

关键词：综采工作面,自动化工作面,液压支架,电液控制