摘要：以大采高作业面支架自动化控制为对象开展探究，在分析液压支架作业原理的基础上，对支架控制系统硬件设计和软件设计分别开展针对性的探究总结，并对支架控制系统调试开展分析，希望能够为其他矿井液压支架自动化构建提供借鉴和参考。
关键词：矿井；液压支架；自动化控制；硬件设计；软件设计
在煤矿井下生产作业中，液压支架在顶板支护方面发挥着不可替代的作用，同时，由于井下作业面需要数量众多的支架，支架在运行作业上必须具备独立的控制功能，各个组件之间要相互协调，以确保液压支架运行的有效性[1-2]。在常规生产中，多采用手控液压阀的方式对支架进行调节，不仅作业效率低下且错误率较高。有鉴于此，需针对液压支架的电气自动控制开展研究，构建高效的作业面支架自动化控制系统。
1液压支架作业原理分析
应用于液压支架的自动化控制系统需使用功能特定的传感装置，对液压支架运行作业状态和作业环境信息进行实时监测[3]，并借助CAN控制总线将相关数据实时传输至远程控制中心，借由控制中心主机对数据的汇总、分析，实现对支架作业状态的精准判定，并根据实际作业需求，对支架运行的动作流程、设备姿态、支撑力等相关内容进行修订调整，确保作业面液压支架始终保持在最佳的作业状态，从而顺利完成支架的支护推架等作业任务，实现作业智能化的同时提高作业效率。
2支架控制系统硬件设计分析
支架控制系统构成组件主要根据支架控制器接口数量和使用需求予以确定，在使用前需对各组件的使用效果进行可靠性测试，测试通常分为功能测试和性能测试，前者用于测试运行状态转换情况及使用状况[4]；后者用于测试控制设备变化趋势和相应的性能指标。图1为液压支架控制系统结构框架示意图。
2.1键盘按钮。键盘按钮的自动检测组件包含控制电路、油缸、托架、测头、弹簧、顶杆等，其中，顶杆、弹簧和测头共同组成按钮，并借由托架一端进行定位，通过螺帽进行锁紧；托架另一端固定于油缸上，作业时在油缸活塞的作用下，通过弹簧获得压力。一般来说，气缸的行程介于2～15mm之间，同时，按钮压力应当不小于0.5N。作业时，测头有弹性硬橡胶，能够有效减少设备损伤，并能够借由专门的编程软件对按钮延时进行精准控制，实现多种自动按钮动作，从而确保键盘作业的有效性。
2.2显示设备。显示设备的自动检测主要采用视频图像识别技术，在测试使用时将显示设备阵列像素设置为全部关闭或高亮，并将其与所识别出的视频图像进行比对，从而检测显示设备像素损坏情况。而在灰度识别状态下，则可通过对显示设备亮度变化判别其是否达到使用需求。
2.3传感装置信号输入单元。控制系统所配设的各类型传感装置均采用A/D电路输入模拟信号，同时采用CAN接口和RS232接口进行数字信号的输入，作业时在设定给定信号后，将所采集信号与给定信号进行比对，从而实现对传感装置采样速度和精准度的有效判定。借由对不同工况下液压支架运行时各个传感装置作业参数的现场模拟，将各种数据存储至检测装置中，作业时系统会自动检测传感装置所采集的数据，并将数据收集后通过识别控制软件进行比对分析，从而判定软件是否符合作业要求。
2.4电磁驱动单元。电磁驱动单元作业负载是电磁铁，其电阻一般介于100～200Ω，作业额定电流介于120～180mA，额定电压为12V，磁线圈匝数介于3000～4000匝，输出功率为2～3W。图2即为电磁驱动单元检测装置结构示意图，其模拟负载采用电阻100Ω、输出功率3W的电阻电感线圈，并配设旁路检测电路，从而实现对负载驱动力的有效检测。借由专门的测试程序，不仅可以将电磁驱动指令传递至检测装置，实现对电磁驱动端口线路质量和电磁驱动能力的测试判断，还可以采取循环驱动技术对电路寿命进行判定，检测功率损耗是否达标。图2电磁驱动单元检测装置结构示意图
2.5通讯单元。通讯单元的作用是确保支架控制器的对外通讯有效进行，并能够借由对通讯讯号与控制装置所发送接收信号的比对，判定数据传输过程中的丢包率、负荷承载力、通讯线路占空比等，从而确保系统运行通讯的可靠、安全。
3支架控制系统软件设计分析
在设计液压支架系统软件部分时，必须先对CPU主控设备及各个子模块进行初始化设定[5-6]。其中，CPU主控设备的功能主要是分配寄存装置地址，并设定系统运行初始化数值；各子模块为各种功能型模块，包括A/D采样模块、通讯模块和输入输出模块等。图3即为系统软件流程示意图。系统运行时先上电，并启动初始化程序，作业过程中一旦急停按钮按下，系统便会立即终止运行；当闭锁按钮按下，则控制面板上的按键无法继续操控；当急停按钮和闭锁按钮均未按下，系统会持续运行，直到出现异常情况后才会根据中断程序故障诊断结果执行相应的动作。
4支架控制系统调试分析
支架控制系统构建完成后，要对各项功能进行相应的测试，在按下键盘按钮后油缸启动，系统会先借由对键盘的延时控制检测通道输出的信号。作业人员在按下不同的操控按钮后，系统便会执行相应的控制动作，实现对支架运行的有效操控。整个系统具备点动和双键联锁2种作业模式，前者主要用于系统自动运行，后者则用于多动作的同步控制执行。通过调试测试，支架自动化控制系统在单支架控制时能够很好地进行单动作操控，而在多支架成组操控上也能确保支架操控的稳定可靠。这表明，其很好地满足了井下作业面的控制要求，为作业高效开展提供了有力支持。
5结语
液压支架作为煤矿井下生产作业中不可或缺的关键性设备，确保支架运行的安全、有效、稳定，对于矿井生产具有积极意义。矿井管理者必须高度重视相关问题，在生产中积极总结以往生产经验并引入先进生产工艺，构建适用于矿井生产的自动化控制系统，实现液压支架的自动智能控制，为生产高效进行提供良好保障。
作者:任志峰 单位:山西东江煤业集团有限公司