《综采装备及其智能化技术》 课件 第6章 6.3液压支架电液控系统

第六章液压支架及其智能化技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造目录CONTENTS6.1概述6.2基本结构与原理6.3液压支架电液控系统6.4液压支架自动跟机移架技术6.5综采工作面自动调直技术6.6液压支架智能感知及控制策略6.3液压支架电液控系统概述战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8液压支架电液控系统是将计算机控制技术、电子技术和液压技术结合为一体的新技术。由计算机、传感器和液压回路控制部件等组成，能够根据生产需要而控制液压支架自动动作。其核心是通过计算机程序控制电子信号来驱动电液阀动作将手动操作变计算机控制的电子信号操作。支架电液控系统可以大大提高支架的动作速度、自动化程度和安全保障功能，同时减轻操作人员的劳动强度，提高生产效率。其自主动作、实时监测等功能，避免了因操作人员的误动作而带来的不必要的人员和财产损失。6.3液压支架电液控系统液压支架电液控系统组成战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9工作面液压支架电液控系统由井下主控计算机、网络转换器、隔离耦合器、隔爆兼本安型电源、支架控制器、电液控制阀组、压力、位移等各类传感器、各种线缆等元件组成，各部分通过电缆及其它电控辅助配套部件连接。井下主控计算机是液压支架电液控系统的控制枢纽，主要实现对工作面液压支架工况信息的集中监测、显示和分析，对支架的启停、动作进行远程控制，对支架跟机自动化的相关参数进行设置等。井下主控计算机还负责将设备运行数据通过以太网上传至井上。

图6-9工作面液压支架电液控系统组成

图6-10单台液压支架电液控系统组成6.3液压支架电液控系统液压支架电液控系统组成战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10支架控制器是电液控制系统的核心部件，每一台支架配置一台支架控制器。支架控制器向下连接电磁阀驱动器、红外接收器、压力、位移、姿态等传感器。支架控制器与电磁阀驱动器之间通过一根4芯电缆连接，其中2芯为电源线、2芯为数据线。驱动器再通过数根电缆分别与相应的电磁阀连接。驱动器接受控制器的控制命令，实现对每个电磁线圈通/断的控制，使相对应的液控主阀通/断，实现支架的各个动作。压力传感器安装在支架立柱和千斤顶上，用来检测立柱和千斤顶的工作压力。位移传感器通常内置于推移千斤顶中，用以测量工作面的累计推进量和推进速度。红外、压力、位移、姿态等传感器连接至控制器，是电液控系统中用于反馈支架工作状态的元部件。红外接收器一般安装在支架的立柱上，主要功能是监测采煤机的位置和方向，用以实现液压支架跟随采煤机的自动控制。姿态传感器，即倾角传感器，安装在支架的顶部或侧面，用以计算当前液压支架的姿态。

图6-9工作面液压支架电液控系统组成6.3液压支架电液控系统液压支架电液控系统组成战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造11支架控制器之间由架间电缆进行串行连接，通讯方式采用CAN总线或以太网。通常每4个支架控制器为一组，组与组之间由隔离耦合器进行隔断。隔离耦合器隔断组与组之间的电气连接，只允许通过数据信号，从而确保煤矿井下的安全生产。隔爆兼本安型电源为支架电液控系统提供电源。每个支架控制器组配备1台隔爆兼本安型电源，该电源由AC127V供电，输出两路独立的DC12V，经隔离耦合器后向两侧的支架控制器组供电。服务器安装在靠近刮板输送机机头（或机尾）处，外观和支架控制器相同，其功能是处理工作面所有支架控制器的数据，并把数据通过网络转换器传输给井下主控计算机。电液控系统主要元部件介绍战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造126.3液压支架电液控系统

图6-11ZDYZ-Z型支架控制器防护标准：本安型;防护等级：IP68;额定工作电压:DC12V;额定工作电流:≤130mA;20路开关量输出，驱动电流为100~120mA;5路模拟量输人，其中电流型为12~110mA，电压型为0.5~4.5V;通信接口为双冗余型CAN总线支架控制器：以ZDYZ-Z型支架控制器为例，其外观如图所示，采用不锈钢外壳结构，其内部采用橡胶密封、环氧树脂全灌封等措施，使支架控制器防护等级达到IP68，提高了支架控制器的抗潮能力。控制器有足够的各种类型的输入口、输出口，通信口总共12个，它们的电缆插座都分布在控制器后面，插头座的型式都是统一的4芯结构，1号芯为电源12V、4号芯为0V或接地、2号芯和3号芯的用途随功能而异。控制器的人机界面设有22个操作键、一个闭锁按钮、一个急停按钮、2×10中文汉字波晶显示屏、LED信号显示灯以及蜂鸣器，这些硬件设施保证了操作者方便地进行各种提作控制和参数设置，并及时获得系统的提示和状态信息。电液控系统主要元部件介绍战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造136.3液压支架电液控系统隔爆兼本安型直流稳压电源是一种允许在瓦斯、煤尘爆炸危险环境中使用，作为支架电控系统专用的电源变换装置。从工作面接入127V交流电源，变换成额定的12V直流电源，向系统各类设备供电。

图6-12KDW127/12型隔爆兼本安型电源电源箱内装有两个独立的AC/DC胶封模块构成独立的双路电源，每路额定负载电流为2A可向多至6个相邻的支架控制器供电，每路电源都具有输入过压保护、双重截止式快速过流和过压保护、可带载启动和自动恢复。电液控系统主要元部件介绍战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造146.3液压支架电液控系统隔离耦合器是用来实现支架控制器的电源组隔离和信号耦合。一个电源箱只能带4~6个支架控制单元，在工作面内需要有多个电源箱，分别给所在区域的支架控制单元供电。为防止控制信号干扰，使用隔离耦合器对电信号进行隔离，还可以实现通信网络节点的扩展。

图6-13SAC-I型隔离耦合器如图所示为SAC-I型隔离耦合器，该耦合器有4个插口，分别为A1、A2、A3和A4，两侧(每侧2个口)分别连接被隔离的两组控制器，靠外的插口接控制器，靠内的插口接12V电源。隔离耦合器器工作电压为DC12V，工作电流A1侧不大于35mA，A4侧不大于25mA。电液控系统主要元部件介绍战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造156.3液压支架电液控系统压力传感器：目前矿用压力传感器主要采用高温烧结工艺的硅应变技术，这种烧结工艺能有效避免用胶粘贴应变片带来的蠕变问题，并且其灵敏度是普通金属应变式和溅射薄膜式的5~10倍，因此在同样压力量程下，能将膜片直径做小而厚度加大，从而提高压力传感器的可靠性和抗过载能力。如图所示为矿用压力传感器及其半剖图，传感器压力腔体是采用整块17-4PH沉淀硬化不锈钢棒料，CNC加工出引压孔，并在引压孔底部保留直径5毫米、厚度2~3毫米的感压膜片，这种一体化结构使压力腔体内部不存在焊缝和“O”型圈，消除了泄露隐患，使传感器具有良好的密封性。矿用压力传感器的主要技术参数有：测量范围为0~60MPa或0~100MPa，测量精度可达±1%，具备1.5倍过载能力。

图6-14矿用压力传感器电液控系统主要元部件介绍战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造166.3液压支架电液控系统位移传感器：目前主要采用干簧管原理，传感器外形为细长管结构，外部套有磁环，管体一端固定在液压缸端部，另一端则插入活塞杆中心的长孔中。磁环安装在活塞杆端部，随活塞杆移动。

图6-15干簧管式位移传感器

图6-16传感器内部结构内部结构和原理：如图所示，管体内沿轴向均