在线可编程支架控制装置的研制

刘海全朱敬徐开亚王欢强伟

摘要：本在线可编程支架控制装置通过研究和试验，采用新型芯片和新的算法，实现在线可编程功能，本文围绕支架控制装置硬件方案总体设计，介绍人机界面设计及现场可编程参数设定，总结了与传统支架控制差异化设计。

关键词：在线可编程；人机界面；参数设定

0引言

现有支架控制装置多数基本具备自动化开采功能，但在实际应用中，支架主控系统与生产辅助系统各自独立，相互之间配合复杂，需不同工种进行维护，人力、材料成本未得到有效控制、维护不方便、适用性差等缺点，支架控制装置不能满足现代煤矿自动化、智能化、经济化要求。鉴于目前的煤炭行业形势严峻，迫切需要能够满足节能减排，减人增效，增加效益的设备，综放支架控制装置正在向一体化、实用化、高可靠性、维护方便、低成本等方向发展。由本设计是结合鲍店煤矿实际工矿现场，研制一种体积小、功能多，满足使用需求的新型在线可编程支架控制装置。

1硬件方案总体设计

在充分调研的基础上，吸收国外先进的技术优势，并结合鲍店煤矿工作面的地质条件，确定综放支架控制控制系统设计总体方案。硬件电路总体设计，由双路电源、外扩FLASH、EEPROM、与临架通讯、红外信号采集、传感器信号采集、程序接口、电磁阀驱动通讯接口、蜂鸣器、急停、显示屏、按键检测及指示灯接口、MCU等电路组成。

图1硬件设计原理图

如图1，本支架控制器是液压支架电液控制系统的核心，可接收来自井下中央控制系统和井上中央控制系统的命令，实现对支架通信实现液压支架动作的控制，在井下中央控制系统和井上中央控制系统与支架控制器断开通信的情况下，可以在支架控制器之间对左右方向的液压支架进行如下控制：支架动作控制，红外线控制等。同时，支架控制器的前面板的显示器设有人机交互的LED显示屏，可以实时显示支架位移、位置、压力等参数，并且前面板上设有急停和闭锁按钮、支架隔离开关、警报器和自诊断系统，能够将故障信息显示在井下中央控制主机上，以便尽快找到故障原因并修复。

图2支架控制器硬件接口

电液控制装置为液压支架分布式智能型控制系统，如图2所示，通过接口设计，液压支架控制器可实现利用红外传感器、电磁先导阀等对液压支架各种动作进行手动和自动控制，完成工作面支架系统在采煤过程中所例行的各种功能。从而实现液压支架单架手动、单架自动、成组手动、成组自动、自动补压、紧急停止等功能。工作面任一支架控制器均可实现控制支架动作、修改参数、传输应用程序、程序升级等功能。具备控制工作面上20-200架液压支架完成各种功能的能力。将每个支架控制器进行地址编号，并且这些地址编号是顺序且连续的，然后通过总线电缆从端头控制器将全部支架控制器连接起来。支架控制器采用图1中A12V及B12V双路直流电源供电，可给供两个控制器组供电，每个控制器组包含相邻的5个支架控制器。支架控制器与支架控制器之间采用RS485总线进行数据交换，系统总线通讯符合本质安全及完全隔离标准。

2人机界面设计

支架控制器系统的电液控制系统操作面信息功能丰富。有多种形式的信息媒体，包括汉字、字符，蜂鸣器声响信号及状态显示LED。系统可向用户提供的信息归纳为以下几类：支架动作的警示声响信号，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。操作面板如图3所示，由按键、指示灯和显示屏组成。

图3控制器操作面板

1）操作按键，如图3所示，操作面板的按键功能划分为三组，操作功能、邻/隔架操作、成组操作。操作功能按键用于菜单操作和输入选择等；邻/隔架操作按键是液压支架动作专用键；成组操作用于选择成组动作。2）显示界面支架控制器显示屏用于显示系统运行期间的传感器信息、煤机位置和工作状态以及提示信息。系统空闲时显示如图4所示：

图4显示屏信息显示

3）支架控制器系统的电液控制系统操作面信息还能有以下功能（1）“架号”显示本架编号，支架控制器的架号范围1~500之间，支架服务器的架号为510。（2）“煤机”左侧显示煤机工作状态和煤机目前位置所在支架架号，煤机工作状态分别有，“！”表示煤机运行停止；“<”煤机向左运行；“>”煤机向右运行。（3）“前MPa”和“后MPa”分别表示左柱压力和右柱压力传感器信息，单位为MPa（兆帕），对应数值分别为上行的xx.x。（4）“行程mm”表示行程传感器目前的信息，单位为mm（毫米），对应数值为上行的xxxx。（5）显示屏的最后一行用于显示信息提示或当前支架控制器工作状态。（6）左和右方向，当操作人员面向工作面支架控制器面板时，如图5定义如下：左---操作人员左手方向；右---操作人员右手方向。

4结语

本新型支架控制装置与行业中现有支架控制装置相比较，特点是成本更低，体积更小，安装更容易，防护等级更高，并且支持在线可编程功能，其防护等级能达到IP67。在线可编程功能不但支持现场可编程参数设定，而且也能使其能够在矿井下不拆卸的情况下，进行自身程序更新，同时可对自身外整个工作面控制器同时进行程序更新，而不必逐台进行更新操作。

参考文献：

[1]韩素媛.综采工作面液压支架电液控制系统的设计[J].科技情报开发与经济，2007（8）

[2]刘培云，戴智.电液控制系统在液压支架中的应用[J].矿业快报，2005（2）