綜采自動化工作面液壓支架端頭控制器集中控制系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、本課題是山西省重大專項“全自動國產(chǎn)無人綜采工作面技術裝備研發(fā)”（項目編號:20111101024）的子課題，也是國家國際科技合作專項項目“無人值守工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)的研制”（項目編號:2013DFA70750）的重要組成部分，是針對如何提高綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)自動化控制水平這一問題提出來的。本文結合高產(chǎn)高效綜采工作面的生產(chǎn)工藝和實際要求，以提高工作面自動化程度，實現(xiàn)少人值守為目標，制定了基于端頭控制器的集中控制策略，研

2、發(fā)了一套基于雙RS485總線的液壓支架端頭控制器集中控制系統(tǒng)，進行了實驗室測試和現(xiàn)場調試，并投入到晉煤集團古書院礦綜采工作面示范應用。實際運行效果表明，該系統(tǒng)符合設計要求，能夠滿足綜采自動化工作面的生產(chǎn)需求，可以遠程采集、傳輸和存儲液壓支架的運行參數(shù)，進行故障預警及診斷，并實現(xiàn)集中控制。主要研究內容如下:
　　通過查閱大量的國內外文獻，經(jīng)過多次對綜采工作面液壓支架及電液控制系統(tǒng)運行情況調研以后，總結分析了煤礦綜采工作面液壓支架電液

3、控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢及控制模式，確定了液壓支架端頭控制器集中控制系統(tǒng)的控制策略、框架結構和功能要求。集中控制系統(tǒng)由一臺防爆計算機、一臺端頭控制器和多臺液壓支架架間控制器組成。
　　基于綜采自動化工作面的生產(chǎn)工藝和控制要求，設計了端頭控制器的控制模式，采用RS485雙總線通訊模式，一條總線用于巡檢液壓支架的狀態(tài)參數(shù)，為實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測提供可靠穩(wěn)定的判斷依據(jù)和數(shù)據(jù)保障;另一條總線用于集中控制，通過巡檢液壓支架的狀態(tài)參數(shù)來確定采煤機的位置，

4、進而向架間控制器發(fā)送控制命令控制支架動作，配合行進中的采煤機完成自動化采煤作業(yè)。提出了時間閾值與參數(shù)閾值相結合閉環(huán)控制方法，通過實驗證實了該方法的可靠性和準確性，為實現(xiàn)自動化工作面液壓支架端頭控制器遠程控制奠定了控制方法。
　　為了滿足煤礦井下惡劣生產(chǎn)環(huán)境對電氣設備的特殊要求，確保集中控制系統(tǒng)可以穩(wěn)定通訊和實時控制，設計了以單片機C8051F020為核心控制單元的系統(tǒng)硬件電路。端頭控制器硬件系統(tǒng)包括:以BA033T和BA05T電平

5、轉化芯片為核心的電源電路、以液晶顯示模塊(MS12864R)和本質安全型鍵盤(TY-40)為核心的人機交互單元電路、以MAX3088芯片為核心的RS485通訊電路、以32k外部存儲器為主的外部RAM擴展電路等?，F(xiàn)場測試結果表明，該硬件系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可以為端頭控制器實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測和集中控制提供可靠保障和有力支撐。
　　采用模塊化程序設計方法，編寫了系統(tǒng)應用程序和功能模塊程序。主要包括集中控制通訊程序和人機交互單元控制程序。集中控制

6、通訊程序包括串行異步通訊程序、遠程手動控制程序、集中控制巡檢參數(shù)程序、集中控制追擊拉架程序和集中控制推鎦程序;人機交互單元控制程序包括:鍵盤與顯示程序、參數(shù)顯示與修改程序、故障報警程序、尋址功能程序、急停功能程序、錯誤狀態(tài)顯示程序。調試結果表明，程序可移植性高，邏輯結構合理，功能完善，為系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行提供了保障。
　　在實驗室對所開發(fā)的系統(tǒng)進行了硬件測試和軟件調試，并將產(chǎn)品送到重慶煤科院進行了性能檢測試驗，檢驗結果表明系統(tǒng)各項

7、指標均滿足煤礦安全生產(chǎn)標準，達到了預期設計要求。系統(tǒng)在晉煤集團金鼎液壓支架車間進行了現(xiàn)場調試。調試結果表明:端頭控制器與上位機和架間控制器通訊穩(wěn)定，能夠準確地根據(jù)采煤機位置進行集中控制，液壓支架動作準確，并在控制過程中能及時進行故障預警和診斷，并將診斷并結果上傳給防爆計算機，實時性好，達到了綜采工作面液壓支架電液系統(tǒng)自動化控制的預定指標。該系統(tǒng)于2013年10月在晉煤集團古書院礦152304工作面的進行了為期4個月的工業(yè)試驗，試驗結果表