基于PLC的液压支架电液控制系统设计与应用研究_季鹏飞.pdf

基于 PLC 的液压支架电液控制系统设计与应用研究季鹏飞1，闵文2（1.辽宁通用重型机械股份有限公司，辽宁调兵山112700；2.铁法煤业（集团）有限责任公司物资供应分公司，辽宁调兵山112700）摘要：基于 PLC 技术对液压支架电液控制系统进行设计，具体从整体结构、硬件组成和操作软件等方面进行设计，以期可以为其他煤矿企业的开采提供理论经验，实现可持续发展。关键词：PLC 技术；液压支架；电液控制系统中图分类号：TD672文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0225-020引言一直以来，煤矿都是维持我国稳定发展的重要能源，随着城市化的推进社会各界对于煤炭的需求量逐渐增加，需要煤矿企业积极对生产设备进行优化，满足社会对煤炭的需求。井下液压支架是煤矿企业中的关键支护设备，在综采作业面中起到关键作用可以和刮板运输机和采煤机进行联动控制，有效提高了煤矿企业的开采质量和效率。不过现阶段液压支架存在一些问题，无法满足实际的煤矿开采需要，如何对电液控制系统进行优化，便成为当前很多煤矿企业需要考虑的问题。下面将具体基于 PLC 技术对液压支架电液控制系统进行设计。1液压支架电液控制系统整体结构设计在煤矿井下综采工作中，作业面的液压支架电液控制系统可以完成对多个单体液压支架的控制，并且可以保证对支架控制的过程具有一致性，具体结构可以参考图 1 所示。结合图 1 可以看出，每个支架的液压控制系统都包含信息采集模块、电源模块、控制模块和显示模块等，在不同分工下满足控制需求。对于信息采集模块而言，需要负责对设备的运行状态进行收集工作，这也是液压支架电液控制系统中的主要组成部分，具体在信息采集过程中，需要通过压力传感器、位移传感器和红外接收器进行信息的收集，在压力传感器中，需要将传感器安置于支架立柱的测压孔处，完成对立柱液压油缸内压力的测量；在位移传感器中，需要将位移传感器安置于推移液压油缸的顶部，对液压油缸的位移情况进行检测；在红外接收器中，需要安装于采煤机液压支架控制设备和红外发生设备的下方，实现对液压支架和采煤机位置的判断，在信息采集模块将采集的数据及时传递给控制模块后，可以确保液压支架电液控制系统的合理性和有效性1。在完整的综采液压支架电液控制系统中，各类控制阀共 12 组，电液控制系统可以通过对电磁先导阀的控制对各支架动作进行控制，从而实现综采工作面的作业具有一致性和合理性。需要注意的是，电液控制系统的控制功能是结合信息采集模块收集到的数据信息进行的动作，所以提高数字收集的效果可以提高电液控制系统对支架动作控制的精确性。此外，为了提高电液控制系统的运行连续性和稳定性，还需要在电源模块的供电系统中，设计为每组五个 PLC 控制器的双路直流电源。在完整的电液控制系统中，不同的开采工况支架液压缸的活塞杆端部载荷是有着不同差异性的，不过最大载荷值不会超过 3 MPa。2液压支架电液控制系统硬件结构设计跟传统的电液控制系统相比较，当前煤矿企业所采用的电液控制系统在单体支架控制系统的基础上添加了电磁驱动装置，针对单台支架的控制系统而言，主要有信息采集模块、控制模块、显示模块和驱动模块等，同时在电液控制系统中 PLC（可编程控制器）为主要核心组件，且各单元中的数据通过 CAN 总线结构实现交互。具体而言，当 PLC 控制器将各数据传递到上位机后，上位机可以在系统指令下通过电流信号对电磁先导阀的开关进行控制，实现对支架油缸的操控，最终完成组成控制和支架单体单元的联动操控。需要注意的是，电液控制系统是通过 CAN 总线实现的液压支架群组的闭环控制。结合以往对液压支架电液控制系统的应用需要，该系统的运作量、支架动作速度、动作耗时和采煤机的运行效果有着直接影收稿日期：2022-01-17第一作者简介：季鹏飞（1989），男，辽宁调兵山人，本科，毕业于辽宁科技大学金属材料工程专业，任副主任，工程师。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.091图 1液压支架电液控制系统整体结构示意图电源鼠标、键盘显示器红外发射器采煤机主控计算机控制器PLC电磁阀组液压支架位移传感器压力传感器红外接收器自动化系统设计机械管理开发第 38 卷响，同时液压支架支付方式和采煤机牵引速度对支架移动的速度有着影响，所以为了保证液压支架的有效移动、支护和收撤工作，需要对液压支架电液控制系统的硬件系统进行有效设计，使系统能够优化支架控制流程，使操作工序更加精简，实现快速移动的目标2。图 2 为液压支架电液控制系统的硬件结构组成。最后，电气控制系中各个设备和组成元件之间对参数匹配有着严格要求，必须确保系统中的参数具有关联性，否则在单个部件出现参数问题时，会制约液压支架设备的有效运转，同时也要注重硬件的检修工作，例如通过电阻法、电压法、电流法和经验法等可以有效判断液压支架是否出现故障，提高系统硬件结构设计的合理性3。3液压支架电液控制系统软件结构设计在液压支架电液控制系统运行中，单个液压支架的顺序联动需要通过智能控制系统完成。结合煤矿企业中的生产需要，要求单个液压支架在 10 s 内完成连续动作，所以单个液压支架的顺序联动质量取决于是否可以在短时间内完成连续动作，所以在液压支架电液控制系统中做好软件结构设计，从而使相关操作者可以通过操控界面完成操控支架的选定，使其进入自动控制模式。具体而言，当该软件系统联合动作按钮闭合时，系统开始运转，PLC 控制器会操作动作机构完成动作，同时需向各动作支架提供预动作信号，且2 s 后关闭提醒。同时，支架配设会集合各类感应装置对支架的各类信号进行收集，支架活塞杆下降，在其下降到系统指定位置时，架柱电磁阀关闭且支架移动电磁阀开启。当支架位置到达指定移架位置后，需要关闭移架电磁阀，然后再次开启升降电磁阀，对支架进行恢复指定支付数值操作，完成支架循环。具体的支架顺序联动控制流程可以参考图 3。4液压支架电液控制系统应用效果分析在对综采工作面液压支架电液系统进行优化设计后，可以提高液压系统对切眼支架控制的自动化和智能化，既可以提高煤矿开采的质量，也能提高煤矿开采的效率，有效促进了煤矿企业的发展，下面是具体的改造效果分析。首先，通过远程控制系统和红外遥测系统的设计，可以在综采工作面中实现无人化操作，既可以降低人力资源成本的投入，也能提高开采的安全性降低对人力的依赖，同时也能降低整体职工的劳动强度，在自动化下提高企业的生产效益。其次，在对电液控制系统进行设计优化下，可以提高综采工作面的管理质量，在软件系统的有效编程下，可以实现支架的带压移架并降低支架的损耗，同时也能提高液压支架的使用寿命，此外也能避免因人失误出现的操作不当，造成安全隐患。最后，在电液系统中加设各类传感器后，可以对各类数据进行有效收集，例如位移传感器、压力传感器等，在直观的数据下可以帮助相关操作人员可以更好地了解支架初撑力的情况，保证支架位移的合理性并及时进行科学调整，实现井下安全、合理和高效的施工。5结语煤矿生产中需要使用各种设备，积极对各类设备进行优化有利于提高整体的开采效果。针对液压支架而言，通过对 PLC 技术的应用可以构建自动化的液压支架电液控制系统，实现精准度地提高、动作反应速度地提高和联动性效果地提高，能最大程度降低支架状态转换的时间，提高煤矿开采的质量和效率，最终满足综采作业面生产上的安全性，促进煤矿企业的健康可持续发展。参考文献1刘鲤粽，沈栋，赵建阳.综采工作面液压支架电液控制系统设计研究J.机械管理开发，2020，35（10）：35-36；190.2张洁.液压支架电液控制系统设计分析J.能源与节能，2020（4）：76-77；111.3薛建树.液压支架电液控制系统设计与应用J.能源与节能，2016（5）：18-19；21.（编辑：王婧）图 2液压支架电液控制系统硬件结构示意图Y指令检验通过；N指令检验没通过图 3液压支架电液系统顺序联动控制流程示意图位移传感器压力传感器红外接收器接口 RS485CAN 接口驱动隔离信号调理数据存储器程序存储器模拟量信号接口数字量信号接口控制器PLC声光报警装置键盘显示装置电源开始受到升柱指令应答报警并延时延时到报警关闭降架电磁阀开启读取立柱压读取行程里达到压力?达到行程?降柱电磁阀关闭YYNN移架电磁阀关闭读取立柱压力读取行程里达到压力?达到行程?YY移架电磁阀关闭升柱电磁阀关闭读取立柱压力读取行程里达到压力?达到行程?YY升柱电磁阀关闭NNNN（下转第 229 页）2262023 年第 6 期9赵亮.煤矿在用安全监控在线达标监测系统设计J.煤炭技术，2015（8）：213-215.（编辑：王婧）Research on the Monitoring System of Inspection Robot for Underground Coal Mining Facein Coal MinesJiang Jiao（Shanxi Fenxi Mining(Group)Co.,Ltd.Shuangliu Coal Mine,Liulin Shanxi 033300）Abstract:A patrol robot system is proposed,which achieves round-trip movement of the patrol robot on the mining face through wire ropetraction;Ensure that the steel wire rope is always straight when the hydraulic support is moved forward through the suspension rail supportmachine;Using sensors and communication systems built into the robot body to achieve monitoring and transmission of mining surfaceenvironmental parameters,temperature,and on-site conditions.Analyze the structural composition,key technologies,and on-siteapplication of the inspection robot system.After field application,the patrol system can adapt to the need of frequent forward movement offully mechanized mining equipment in the coal mining face,realize real-time monitoring of environmental parameters and images in thecoal mining face,and improve the monitoring guarantee ability of job security in coal mining to a certain extent.Key words:coal mining;inspection robot;fully mechanized mining equipment;monitoring sensorsDesign and Application Research of PLC Based Electrohydraulic Control System forHydraulic SupportsJi Pengfei1,Min Wen2（1.Liaoning General Heavy Machinery Co.,Ltd.,Di