煤礦綜采液壓支架電磁閥驅(qū)動器的設(shè)計

　　針對電磁閥驅(qū)動器的設(shè)計背景與市場需求，從系統(tǒng)原理、硬件和軟件 3 方面進行闡述，設(shè)計了一種用于煤礦綜采液壓支架的電磁閥驅(qū)動器，并已通過國家安標中心檢測，開始小規(guī)模應(yīng)用于市場。

　　綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)作為高端液壓支架的關(guān)鍵技術(shù)已得到越來越多的重視，鄭煤機申請的“6 m 以上高可靠性液壓支架及其電液控制關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”重大科技攻關(guān)項目目前已通過評審，已累計在 30 多個工作面推廣使用。

　　近幾年以來，煤礦井下控制方式已開始出現(xiàn)電液控制系統(tǒng)占領(lǐng)高端支架市場的趨勢，并逐漸向中端市場滲透。很多資金充裕的煤礦，已趨向于采用電液控制來代替原有的手動控制。

　　1、設(shè)計背景

　　綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)分為工作面電控系統(tǒng)、巷道控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)幾部分。其中工作面電控系統(tǒng)與巷道控制系統(tǒng)是液壓支架電液控制系統(tǒng)的必備部分，電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。

圖 1 工作面和巷道電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　每臺液壓支架上安裝有一臺支架控制器，通過多功能電液閥來控制支架的各個液壓缸來完成切頂、移架、支頂和推移等功能。另外，在立柱下腔設(shè)有壓力傳感器，采集立柱下腔的壓力，以保證液壓支架支護的可靠性；在推移千斤頂內(nèi)裝有位移傳感器，監(jiān)測推移千斤頂?shù)耐埔凭嚯x，以保證推移距離的可監(jiān)控性；在每臺液壓支架上設(shè)置紅外傳感器，用于接收安裝在采煤機上的紅外發(fā)射器發(fā)出的信號，以保證各支架的自動程序控制。

　　電磁閥驅(qū)動器一般集成在液壓支架控制器內(nèi)部，通過相應(yīng)的連接器與控制器背部的接口板相連，直接驅(qū)動電磁閥進行工作。但電磁閥驅(qū)動器的日常維護較為不便，與控制器背部相連的連接器沒有護套保護，易在使用過程受砸而損壞，且控制器的功能受設(shè)計的限制，不能擴展。

　　目前，國外廠家也有將驅(qū)動器從液壓支架控制器中分離出來的情況，如德國的 DBT 公司，但其驅(qū)動器內(nèi)部沒有單獨的微處理器，無法實現(xiàn)與 PM4 控制器的通信連接，通用性較差，不能與其他廠家的控制器通信兼容。由于無 MCU (Micro Control Unit，微控制單元)，不能對電磁先導(dǎo)閥的故障進行實時檢測、指示和處理。

　　2、系統(tǒng)原理

　　為解決上述問題，筆者將電磁閥驅(qū)動器從支架控制器中分離出來，安裝在多功能電液閥主閥體上，單獨用 MCU 進行控制，電磁閥驅(qū)動器與控制器之間通過串口進行通信�？刂破鞯目刂浦噶钔ㄟ^鎧裝連接器傳遞給電磁閥驅(qū)動器，防止被落煤砸壞�？刂破靼凑詹僮髡呋虺绦蝾A(yù)定的指令，通過驅(qū)動器和多功能電液閥對液壓支架的動作進行控制，同時將驅(qū)動器采集到的信息反饋給支架控制器。

　　由于采用了串口通信模式，其通用性強。在通信協(xié)議統(tǒng)一的情況下，可用于任何液壓支架電控系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖如圖 2 所示，支架控制器與 MCU 通過串口進行通信，同時通過檢測電路檢測整個驅(qū)動器系統(tǒng)的電壓和電流值。電液閥的驅(qū)動通過MCU 的 P1.2 及 P0.11 引腳進行整體關(guān)斷，以保證緊急情況下整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度。電液閥電路與 MCU控制回路通過光電隔離。電磁閥的各路通過 MCU 的引腳進行控制。

　　結(jié)語

　　液壓支架電液控制系統(tǒng)是煤礦開采實現(xiàn)高產(chǎn)高效的主要手段，逐步得到市場的接受與認可。電磁閥驅(qū)動器作為其主要部件之一，已批量投制，并通過了安標中心的各項型式試驗，即將取得下井安標證。電磁閥驅(qū)動器將以其可靠的通信與理論上的無限擴展能力獲得廣泛的應(yīng)用。