摘要：现如今，随着科技的发展可利用能源种类越来越多，但煤炭在我国能源结构中的重要地位仍然难以撼动，每年都有大量煤炭被开采出来供应工业、生活需求，我国煤炭储量丰富，但绝大部分埋藏较深，开采难度较大，在开采过程中，为保证采煤机和采煤工作人员的活动空间，需要用液压支架支撑矿洞，如果没有液压支架，开采工作根被无法开展，但是我国目前对液压支架多采用手动控制，存在了人为主观出错风险，为提高液压支架控制的可靠性，本篇文章对将PLC应用于液压支架集中控制系统的工作原理和硬件、软件设计进行了探讨。
关键词：液压支架；集中控制系统；PLC
引言
PLC（可编程逻辑控制器）作为一种数字运算操作电子系统，设计之初就是为了应用于工业环境，将其运用于液压支架集中控制系统，正好发挥其可靠、灵活、易于使用的优点，对改善当下手动控制液压支架存在的问题和风险，提高液压支架集中控制系统的控制性能、控制效率，降低控制投入，加速度实现煤矿开采工作的机械程度具有积极推进意义。
一、液压支架集中控制系统简介
以双RS485总线为基础的液压支架集中控制系统为例，其结构组成如图1所示。由图可清晰看出，该液压支架集中控制系统是一种多机通信网络，由间架控制器、压力传感器、位移传感器、红外接收器、墙头控制器、红外接收器和集成计算机共同组成。
在整个系统组成部分中，间架控制器是系统构成的基础，承担着将液压支架的工作状态和采煤机的具体方位发送到端头控制器的重要任务，这一指令信息主要通过压力传感器、位移传感器和红外传感器进行采集，除了完成这一重要任务，间架控制器还可以实现对液压支架的成组和邻架控制。
除了骨骼部分间架控制器，液压支架集中控制系统的两端还安装有端头控制器，在系统运行时，两条RS485总线中的一条负责不间断监测所有支架工作状态的参数以及采煤机的方位，并将收集的数据发送给计算机分析，为工作顺利正常开展提供依据和支持；另外一条RS485总线负责分析参数，将监测到的采煤机位置实时传送到间架控制器，以此控制液压支架和采煤机的相互配合，从而实现液压机和采煤机的自动化工作。
在整个系统中，防爆计算机位于控制室，工作人员可以从计算机观察端头控制器采集的关于液压支架和采煤机的数据参数和工作状态。
二、PLC应用于液压支架集中控制系统的原理
由于技术水平的制约和限制，我国使用的大部分液压支架控制系统多是国外研发，国内自主研发的液压支架控制系统在设计和仿制方面的水平都不及国外。液压支架自身的工序相对简单，但矿井一般情况下使用到的支架数量为100台，这100台支架需要重复同样的工序进行作业，往往一部分的液压支架在不相同的运行状态下进行着相同的动作，而每个支架虽然经常独立进行各种动作，但也不排除在同一时间进行的概率，所以液压支架其实处于非常复杂的运行状态，以100台液压支架为例，一个液压支架负责对8个控制信号以及相关信息采集，那么整个控制系统的处理信号就会达到1000多个，要满足这些信号处理的任务量并保证液压支架正常工作需要对每一个液压支架配备控制器。
PLC本质上是一种可编程逻辑控制器，是经过多年研发，成熟运用于大部分工业领域的控制技术，以微处理器作为运作基础，集稳定、可靠、灵活、易于使用的优点于一身，将其应用于液压支架集中控制系统可提高工作效率。
将PLC应用于液压支架集中控制系统的工作原理如图2所示，结合图示可以看出，在整个工作系统中，PLC控制柜负责给输入机构发送预定的控制信号，输入机构把接收到的控制信号转换并放大成机械系信号，随后传动机构转换并放大机械信号，经过传动机构控制执行机构的主控阀动作，液压支架就可以按照预定的控制信号和程序设定完成自身任务。图示中还有画虚线部分，此部分是液压支架集中控制系统的反馈环节。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆反馈系统的控制精准度比较准确，对于没有反馈环节的部分，其在控制系统时可以依据预先设定的时间数值来判断液压支架的动作是否完成。
三、PLC应用于液压支架集中控制系统的硬件组成
由液压支架集中控制系统的工作原理分析可知，PLC是控制器的控制核心，掌控着所有液压支架的工作状态，图3展示了控制系统在实际设计中的硬件组成。图示是以工控机为主控机，监督管理全部PLC并对其进行数据传输。按照技术要求，一台PLC可以控制七台液压支架，如果工作面由140台液压支架组成，则需要20台PLC对系统进行控制。
如图示控制系统，主控机和所有PLC组成了一个连接系统，单架的降柱、移架、升柱单动作，单架的降柱—移架—升柱的顺序联动动作，还有伸户、收户帮板，升降前探梁等动作都由PLC进行控制。
整个系统中，PLC和CPU机架上安装了连接单元以实现工控机和各个PLC之间的连接，同时也可以发现PLC由上位机进行集中管理和监控。本系统选用C200HE系列的PLC，选用C200H-LK101-PV1作为连接单元，选用3G2A9-AL002-E作为适配器，从最大程度上保证整个控制系统的高效运作。在将PLC用作控制系统的控制核心时，PLC的输入端口是有限的，不能满足系统运作需要，因此需要对操控面板进行按键编码，此处可引入8421的编码方式，但是不包括闭锁、急停等重要功能按键，重要功能仍需使用单独端口，方可完成整个系统的端口方案设计。
四、PLC应用于液压支架集中控制系统的软件设计
液压支架集中控制系统的设计包括硬件构成和软件运行两大部分，软件可采取模式化的设计思路，图4显示了控制系统的软件设计流程。
结合图示，此设计方案可清晰掌握液压支架以及整个运行过程的参数和状态。控制器的工作模式存在四种状态，分别是主控模式、从控模式、闭锁模式和空闲模式。操作者在PLC的控制机器上按下按键，控制系统便进入主控模式，此时控制器将不再接收任何操控命令；等主控模式运行时间结束，单台支架顺序联动并发送命令给总线，总线收到命令后结束位置标志动作，系统切换成空闲模式，如果在预设好的时间段内没有接到任何位置标志信息则会报警。支架执行控制器预设的某个功能或动作的状态是从控模式，此模式下，不再对控制器进行命令下达的按键操作，从控模式运行与主控模式的过程中；空闲模式下的控制器等待执行信息和接收执行命令，不进行程序操作；对控制器下达闭锁命令之后控制系统进入闭锁模式，此模式下，控制器除了可以变换成主控模式外，不再接收任何操作指令，也不再对支架执行操控，支架停止动作。
在程序设计时需要考虑成组动作，在成组动作时，支架的每一个动作都会发生不一样的位置、规模和传递方向等信息，明确支架起始和结束时的具体信息后切换入主控模式，在按下控制组动作的按键后计时，等总线接收命令后根据反馈判断是否结束组命令，如果是结束则传送停止命令到总线，随后寄存器的数值清空回到空闲模式。
五、结语
本文展示分析了液压支架集中控制系统的结构组成，在此基础上引入PLC（可编程逻辑控制器）概念，对其应用于液压支架集中控制系统的工作原理结合图示进行了说明，在实际应用分析时，充分考虑到可编程逻辑控制器稳定、可靠、灵活、易于使用的优点，对将其应用于液压支架集中控制系统的可行性从硬件构成和程序操作方面进行了分析，其中，控制器硬件构成和控制器读总线信息任务流程都有图示，经过以上理论分析，将PLC应用于液压支架集中控制系统能够提升支架单组动作、顺序联动、位置检测和报警急停等功能效率，为进一步实现采煤支架自动化控制提供了理论支撑。
参考文献：
[1]郭卫, 李绩. PLC在矿用液压支架电液控制系统中的应用研究[J]. 煤矿机械, 2015, 36(1):3-5.
[2]周游. PLC在煤矿液压支架控制系统中的应用[J]. 赤子:上中旬, 2015(2):293-293.
[3]赵彩霞. 基于PLC的液压支架控制系统应用研究[J]. 机电产品开发与创新, 2014, 27(03):158-159.
论文作者:喻银华
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/23
标签：支架论文; 液压论文; 控制系统论文; 控制器论文; 模式论文; 动作论文; 应用于论文; 《电力设备》2017年第26期论文;