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(shù)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(jié)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(biāo)，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(jìn)行了實驗室測試和現(xiàn)場調(diào)試，并投入到晉煤集團(tuán)古書院礦綜采工作面示范應(yīng)用。實際運(yùn)行效果表明，該系統(tǒng)符合設(shè)計要求，能夠滿足綜采自動化工作面的生產(chǎn)需求，可以遠(yuǎn)程采集、傳輸和存儲液壓支架的運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行故障預(yù)警及診斷，并實現(xiàn)集中控制。主要研究內(nèi)容如下:
　　通過查閱大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)，經(jīng)過多次對綜采工作面液壓支架及電液控制系統(tǒng)運(yùn)行情況調(diào)研以后，總結(jié)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(jié)構(gòu)和功能要求。集中控制系統(tǒng)由一臺防爆計算機(jī)、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(shè)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(yuǎn)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(jī)的位置，

4、進(jìn)而向架間控制器發(fā)送控制命令控制支架動作，配合行進(jìn)中的采煤機(jī)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(jié)合閉環(huán)控制方法，通過實驗證實了該方法的可靠性和準(zhǔn)確性，為實現(xiàn)自動化工作面液壓支架端頭控制器遠(yuǎn)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(shè)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(shè)計了以單片機(jī)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(zhuǎn)化芯片為核心的電源電路、以液晶顯示模塊(MS12864R)和本質(zhì)安全型鍵盤(TY-40)為核心的人機(jī)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(kuò)展電路等?，F(xiàn)場測試結(jié)果表明，該硬件系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可以為端頭控制器實現(xiàn)遠(yuǎn)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(shè)計方法，編寫了系統(tǒng)應(yīng)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(jī)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(yuǎn)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(jī)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(diào)試結(jié)果表明，程序可移植性高，邏輯結(jié)構(gòu)合理，功能完善，為系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供了保障。
　　在實驗室對所開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了硬件測試和軟件調(diào)試，并將產(chǎn)品送到重慶煤科院進(jìn)行了性能檢測試驗，檢驗結(jié)果表明系統(tǒng)各項

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