基于分布式控制的液压支架电液控制系统的实现

　　1 前言

　　综采液压支架的电液自动控制是实现煤炭生产自动化和无人化的关键。目前,世界上先进的控制系统多采用从地面调度到井下生产工作面的多级分布式控 制,实现了生产设备运行状态的监测和生产作业的自动控制。本文介绍的实用型邻架电液控制系统采用单级多单元分布式结构,是至今国产唯一实现工业化生产的液 压支架自动控制系统。

　　液压支架执行液压缸的功率级传动是以乳化液为介质的液压传动,从远距离集中供液的乳化液泵站到各支架的每个执行液压缸,液压系统形成了多级单元的分布式结构。指令级控制则为以每个支架为基本单元的分布式计算机控制系统。

　　2 控制系统的设计

　　整个系统中单元的数量由工作面长度所决定,多的可达200多个。每个支架单元内子系统的主要组成有架控箱、电磁先导控制阀组、主控阀组、执行液 压缸和传感元件等,图1所示为ZZ5200/11/18型支架所配制的实用型邻架电液控制系统的构成。架控箱以单片机为核心,用于接受和编辑命令;实现单 元间的通信;根据程序指令给本单元的电磁先导控制阀发送执行指令以控制各主控阀的开启或关闭,并最终实现对支架的立柱、推移千斤顶等执行机构的动作控制。 由压力传感器和位移传感器对执行机构的工作状态进行反馈,以供单片机发送动作切换命令。每个支架单元的架控箱之间通过通信和电源电缆串接在一起,可进行同 级单元间的信息交换。

　　2.1 架控箱硬件电路的设计

　　架控箱硬件电路以89C51单片机为核心,并由相应的I/O扩展电路,串行通信扩展、健盘控制、显示和电磁铁驱动等电路组成。工作原理如图2所 示。串行通信由2@8251串行通信扩展电路构成,实现与同级的左、右邻架单元之间的通信。为了提高传输的可靠性,它将单片机串行发送端口发出的控制命令 经过光电耦合器转换成15 V的控制信号,然后通过一个电流环电路以20 mA送至邻架架控箱的光电耦合器的二极管上。在另一架上收到邻架送来的串行通信命令后,将其光电耦合器三极管上的控制信号经过一个与门电路后送到单片机串 行口的接收端口。为了实现多机通信以及故障检索和数据采集,每个架控箱需设置一个固定的地址,地址码采用软件编址和硬件编址两种方式进行。

　　采用3@8155 I/O扩展电路实现控制电磁铁动作、传感器信号输入和显示I/O口的扩展。电磁铁驱动电路是由单片机通过数据总线将控制命令发送到I/O扩展芯片8155 上,并在8155的I/O口上输出控制电磁铁的开关信号,该信号经过光电耦合变成15 V的控制信号,然后再将这一信号经过达林顿复合晶体管放大,并带载设定到100 mA的驱动电流。