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摘要：针对国产液压支架电液控制技术现状与应用情况，介绍了支架电液控制系统各部件的主要功能和技术性能指标，通过对国内产品进行实际分析，提出国产支架控制器、各种传感器和电磁先导阀等产品的技术水平达到了国外同类产品设计水平，同时对我国未来电液控制系统的发展趋势做了展望。
关键词：液压支架 电控系统 综采自动化
1.引言
液压支架是综合机械化采煤工作面的支护设备，其性能直接影响工作面的生产效率。随着液压支架电液控制技术的日趋成熟及在煤矿综采工作面上的成功应用，对液压支架的控制水平也有了很大的提高。随着国内液压支架电液控制系统技术水平的提高，以及在售价、供货及售后方面的明显优势，使得国产产品逐渐取代进口产品在支架电液控制系统的统治地位。目前国内产品国内液压支架电液控制系统研究生产单位主要包括北京天地玛珂电液控制系统有限公司（简称天玛公司）、四川神坤装备有限公司、广州日滨科技发展有限公司、郑州煤矿机械集团股份有限公司等，其中天玛公司占国产液压支架电液控制系统市场销量的70% [1] [2] 。
2.支架电液控制系统的组成及工作原理
支架电液控制系统由支架控制器、驱动器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外传感器、接近传感器、隔离耦合器、隔爆兼本安直流稳压电源、矿用连接器、网络转换器等组成。支架电液控制系统由多个支架控制单元组成， 它以支架控制器为核心，并通过检测环节和动作执行环节实现对液压支架各个动作的反馈控制。通过控制器发出控制命令，执行对支架的全部动作功能和传感器网络的数据采集。工作面支架采用电液控制技术后，具备了比手动控制更加先进的功能，例如方便灵活的操作，支架控制的成组自动动作，以及众多支架跟随采煤机的协调配合关联动作等，通过各支架控制器的互联实现整个采煤系统的协调工作。
3.支架电液控制系统主要部件
液压支架电液控制系统以支架控制器为核心，并通过各类传感器对液压支架的状态进行感知，并发送动作命令至电磁阀驱动器，通过先导阀的开启和关闭实现对液压支架的闭环控制。
3.1支架控制器
支架控制器是支架电液控制系统的核心部件。采用嵌入式软件技术，可同时完成多数据的采集和运算。为适应井下潮湿的恶劣使用环境，不同厂家采用了不同的防护措施，使得支架控制器的防护等级达到IP68，例如广州日滨科技发展有限公司的产品通过提高机械加工精度，采用多级密封圈的结构，达到所需要的防护效果[3]；天玛公司则采用环氧树脂全灌封措施实现控制器的密封，此方式虽然简单易行，密封效果好，但对产品的维修造成了极大的不便。当控制器出现故障时，只能整体更换。
3.2 隔离耦合器
隔离耦合器是用来实现支架控制器的相邻电源组之间的电气隔离和信号耦合。隔离耦合器电路是以高速光电耦合器为核心，实现了两组相邻电源间的控制器所发送及接收信号的隔离耦合和组间的电源接入。
3.2 传感器
支架控制器通过传感器网络对支架所处工况和动作情况进行感知，从而实现支架动作的闭环控制， 国产传感器技术已经成熟，基本能够满足支架电液控制系统的要求，并随着综采工作面自动化程度的增加，传感器的种类和使用方法越来越丰富，同时各类传感器的性能指标已达到国外同类产品水平。
3.2.1压力传感器安装在采煤工作面的液压支架上，用来检测支架相关腔体的压力，为支架控制器对相应的油缸工作进行控制提供依据，实现支架电液控制系统对液压支架的闭环控制。目前主流的压力检测芯体采用溅射薄膜或扩散硅两种生产工艺。
3.2.2.行程传感器安装在支架推移油缸内， 用来检测推移千斤顶行程，为支架控制器对推移动作的控制提供依据，实现支架电液控制系统的对推溜及拉架功能的闭环控制。目前国产行程传感器的实现方式主要分为干簧管原理、磁致伸缩原理和磁阻传感器原理等。
3.2.3.倾角传感器用于在支架动作过程中，对支架的姿态和支护高度进行控制，实现支架平衡千斤顶动作过程的闭环控制和支架动作的高度控制等。倾角传感器主要分为数字型和模拟型两种形势，可分别测量双轴的角度值。
3.2.4.红外传感器用于对采煤机的位置进行检测，是实现支架跟随采煤机自动控制的基础，目前绝大多数电液控制系统的研发企业均采用此方式实现。在采煤机上安装有红外发射器，同时需要在每台支架上安装1台接收器。
3.3 网络转换器
网络转换器是完成工作面端头服务器与井下防爆计算机或其他设备之间数据通信的转换，从而实现数据的远距离传输，根据不同的使用需求，可选择传输方式为RS485或TCP/IP等形式。
3.4隔爆兼本安电源
隔爆兼本安型直流稳压电源用于对井下电控设备进行供电，在支架电液控制系统使用时，通过隔离耦合器接入系统中。直流稳压电源具有较宽的输入电压范围，并可提供双重的过流和过压保护功能。
3.国内产品与国外产品对比及发展趋势
国产支架电液控制系统采用最先进的嵌入式技术和单片机产品进行设计，具有容量大、速度快、抗干扰能力强，具有较强的控制功能，结合电液控制系统的现场使用情况，按照电液控制系统的设计理念进行电液控制系统关键元件的设计，取得了多项发明专利，国产电液控制系统关键元件开发在技术上与国外同类产品处于同一水平。经过现场使用表明，国产支架控制器、各类传感器、隔离耦合器和电磁先导阀等产品的可靠性达到了国外同类产品设计水平[5]。
虽然国产支架电液控制系统在系统可靠性设计和软件设计方面以及自动化水平上与国外同类产品还存在着一定差距，但随着近年来国产支架电液控制系统取得的长足进步，目前已在中厚煤层得到全面推广应用，今后将朝着薄煤层支架、放顶煤支架等方向发展，逐步扩大支架电液控制系统的应用范围。
参考文献：
[1]王金华.我国煤矿开采机械装备及自动化技术新进展[J].煤炭科学技术，2013，41（1）：1-4
[2]李首滨.国产液压支架电液控制系统技术现状[J].煤炭科学技术， 2010，38 （1）：54-55
[3]吕赕， 马鹏宇， 余佳鑫， 贾宇辉， 郭伟文. 矿用液压支架控制器、支架控制系统及通信方法： 中国， CN101907887A [ P ] 2010 – 12 – 8.
[4]李首滨， 韦文术， 牛剑锋. 液压支架电液控制及工作面自动化技术综述[J]. 煤炭科学技术，2007，35（11）：1-3
[5]张命林， 罗跃勇. 液压支架电液控制系统使用中的问题及对策[ J]. 煤炭科学技术， 2008， 36 （9） ： 57 - 58.
作者简介：马鹏宇（1984-，男，河北承德人，硕士研究生，现就职于广州日滨科技发展有限公司，研究方向为液压支架电液控制技术及综采工作面自动化技术。
关键词：液压支架 电控系统 综采自动化
1.引言
液压支架是综合机械化采煤工作面的支护设备，其性能直接影响工作面的生产效率。随着液压支架电液控制技术的日趋成熟及在煤矿综采工作面上的成功应用，对液压支架的控制水平也有了很大的提高。随着国内液压支架电液控制系统技术水平的提高，以及在售价、供货及售后方面的明显优势，使得国产产品逐渐取代进口产品在支架电液控制系统的统治地位。目前国内产品国内液压支架电液控制系统研究生产单位主要包括北京天地玛珂电液控制系统有限公司（简称天玛公司）、四川神坤装备有限公司、广州日滨科技发展有限公司、郑州煤矿机械集团股份有限公司等，其中天玛公司占国产液压支架电液控制系统市场销量的70% [1] [2] 。
2.支架电液控制系统的组成及工作原理
支架电液控制系统由支架控制器、驱动器、压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外传感器、接近传感器、隔离耦合器、隔爆兼本安直流稳压电源、矿用连接器、网络转换器等组成。支架电液控制系统由多个支架控制单元组成， 它以支架控制器为核心，并通过检测环节和动作执行环节实现对液压支架各个动作的反馈控制。通过控制器发出控制命令，执行对支架的全部动作功能和传感器网络的数据采集。工作面支架采用电液控制技术后，具备了比手动控制更加先进的功能，例如方便灵活的操作，支架控制的成组自动动作，以及众多支架跟随采煤机的协调配合关联动作等，通过各支架控制器的互联实现整个采煤系统的协调工作。
3.支架电液控制系统主要部件
液压支架电液控制系统以支架控制器为核心，并通过各类传感器对液压支架的状态进行感知，并发送动作命令至电磁阀驱动器，通过先导阀的开启和关闭实现对液压支架的闭环控制。
3.1支架控制器
支架控制器是支架电液控制系统的核心部件。采用嵌入式软件技术，可同时完成多数据的采集和运算。为适应井下潮湿的恶劣使用环境，不同厂家采用了不同的防护措施，使得支架控制器的防护等级达到IP68，例如广州日滨科技发展有限公司的产品通过提高机械加工精度，采用多级密封圈的结构，达到所需要的防护效果[3]；天玛公司则采用环氧树脂全灌封措施实现控制器的密封，此方式虽然简单易行，密封效果好，但对产品的维修造成了极大的不便。当控制器出现故障时，只能整体更换。
3.2 隔离耦合器
隔离耦合器是用来实现支架控制器的相邻电源组之间的电气隔离和信号耦合。隔离耦合器电路是以高速光电耦合器为核心，实现了两组相邻电源间的控制器所发送及接收信号的隔离耦合和组间的电源接入。
3.2 传感器
支架控制器通过传感器网络对支架所处工况和动作情况进行感知，从而实现支架动作的闭环控制， 国产传感器技术已经成熟，基本能够满足支架电液控制系统的要求，并随着综采工作面自动化程度的增加，传感器的种类和使用方法越来越丰富，同时各类传感器的性能指标已达到国外同类产品水平。
3.2.1压力传感器安装在采煤工作面的液压支架上，用来检测支架相关腔体的压力，为支架控制器对相应的油缸工作进行控制提供依据，实现支架电液控制系统对液压支架的闭环控制。目前主流的压力检测芯体采用溅射薄膜或扩散硅两种生产工艺。
3.2.2.行程传感器安装在支架推移油缸内， 用来检测推移千斤顶行程，为支架控制器对推移动作的控制提供依据，实现支架电液控制系统的对推溜及拉架功能的闭环控制。目前国产行程传感器的实现方式主要分为干簧管原理、磁致伸缩原理和磁阻传感器原理等。
3.2.3.倾角传感器用于在支架动作过程中，对支架的姿态和支护高度进行控制，实现支架平衡千斤顶动作过程的闭环控制和支架动作的高度控制等。倾角传感器主要分为数字型和模拟型两种形势，可分别测量双轴的角度值。
3.2.4.红外传感器用于对采煤机的位置进行检测，是实现支架跟随采煤机自动控制的基础，目前绝大多数电液控制系统的研发企业均采用此方式实现。在采煤机上安装有红外发射器，同时需要在每台支架上安装1台接收器。
3.3 网络转换器
网络转换器是完成工作面端头服务器与井下防爆计算机或其他设备之间数据通信的转换，从而实现数据的远距离传输，根据不同的使用需求，可选择传输方式为RS485或TCP/IP等形式。
3.4隔爆兼本安电源
隔爆兼本安型直流稳压电源用于对井下电控设备进行供电，在支架电液控制系统使用时，通过隔离耦合器接入系统中。直流稳压电源具有较宽的输入电压范围，并可提供双重的过流和过压保护功能。
3.国内产品与国外产品对比及发展趋势
国产支架电液控制系统采用最先进的嵌入式技术和单片机产品进行设计，具有容量大、速度快、抗干扰能力强，具有较强的控制功能，结合电液控制系统的现场使用情况，按照电液控制系统的设计理念进行电液控制系统关键元件的设计，取得了多项发明专利，国产电液控制系统关键元件开发在技术上与国外同类产品处于同一水平。经过现场使用表明，国产支架控制器、各类传感器、隔离耦合器和电磁先导阀等产品的可靠性达到了国外同类产品设计水平[5]。
虽然国产支架电液控制系统在系统可靠性设计和软件设计方面以及自动化水平上与国外同类产品还存在着一定差距，但随着近年来国产支架电液控制系统取得的长足进步，目前已在中厚煤层得到全面推广应用，今后将朝着薄煤层支架、放顶煤支架等方向发展，逐步扩大支架电液控制系统的应用范围。
参考文献：
[1]王金华.我国煤矿开采机械装备及自动化技术新进展[J].煤炭科学技术，2013，41（1）：1-4
[2]李首滨.国产液压支架电液控制系统技术现状[J].煤炭科学技术， 2010，38 （1）：54-55
[3]吕赕， 马鹏宇， 余佳鑫， 贾宇辉， 郭伟文. 矿用液压支架控制器、支架控制系统及通信方法： 中国， CN101907887A [ P ] 2010 – 12 – 8.
[4]李首滨， 韦文术， 牛剑锋. 液压支架电液控制及工作面自动化技术综述[J]. 煤炭科学技术，2007，35（11）：1-3
[5]张命林， 罗跃勇. 液压支架电液控制系统使用中的问题及对策[ J]. 煤炭科学技术， 2008， 36 （9） ： 57 - 58.
作者简介：马鹏宇（1984-，男，河北承德人，硕士研究生，现就职于广州日滨科技发展有限公司，研究方向为液压支架电液控制技术及综采工作面自动化技术。