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摘要：針對現有液壓支架電液控制系統存在穩定性差、適應性弱以及延時較長的問題，基于C8051F020芯片設計液壓支架電液控制系統，給出電液控制系統總體設計框圖，并基于該框圖詳細分析硬件、軟件系統設計。經實驗測試，基于傳感器技術、RS485通信以及SPI通信技術，該系統能夠實時、準確地傳送液壓控制器間數據，保障了液壓支架動作的準確性。

關鍵詞：C8051F020芯；軟件；測試

引言

液壓支架是煤礦井下綜采工作面的重要設備之一，分布于整個綜采工作面，主要完成采空區的支護工作，即在采煤機后方，液壓支架完成降柱、抬底、移架、落底、升柱、伸護幫以及推溜動作，對采空區進行支護，同時將刮板輸送機向工作面方向推進一個步距；在采煤機前方，液壓支架完成收護幫動作，為采煤機截割煤壁留出空間[1]。為提升綜采工作面生產效率，研究液壓支架電液控制系統使得液壓支架能夠根據采煤機實時位置，自動完成各種動作，同時配合采煤機、刮板輸送機完成采煤任務。液壓支架電液控制系統是集機械、液壓以及電氣為一體的復雜控制系統，英國道梯公司最早提出并研究液壓支架電液控制系統，并形成以控制先導閥為目標的控制體系，并將按鈕式微控制液壓系統應用于美國的坎賽爾煤礦；德國研制的Panematic2E、Paner2-matic2S5、PM2、PM3以及PM4等支架電液控制系統在煤礦井下得到廣泛應用；日本三井三池、波蘭EMA以及法國、美國等也先后研制出可靠、功能較完善的液壓支架電液控制系統[2-5]。國內的北京煤機廠、鄭州煤機廠、煤科總院太原分院等也相繼研制出液壓支架電液控制系統，并在大同礦務局、邢臺煤礦以及神東煤礦得到廣泛的應用[6]。為進一步增強液壓支架電液控制系統的穩定性、可靠性以及適應性，基于單片機控制技術，完成液壓支架電液控制系統的設計。

1系統設計

煤礦井下液壓支架電液控制系統主要完成操作支架的所有動作，如升/降立柱、推溜、移架、拉架等。操作者通過支架控制器的按鍵發出控制命令，可實現對液壓支架的單架控制、臨架控制、成組控制、就地閉鎖、緊急停止等。液壓支架控制器通過獲取傳感器組實時數據，并經A/D轉換后，結合液壓支架控制器存儲參數，作為控制液壓支架的條件。操作者通過液壓支架控制系統，可完成對液壓支架控制過程的功能設置和參數設置，設置的參數信息多樣且可調，使液壓支架控制系統具有較強的靈活性和適應性。操作者通過液壓支架控制系統可查看液壓支架狀態信息，如控制（工作）狀態、故障錯誤信息、設置及參數值、檢側值以及控制器本身的某些運行參數等。液壓支架控制器有LED字符顯示窗口，各種LED狀態顯示及蜂鳴器作為信息媒體，使系統與操作者之間得到良好的溝通。液壓支架電液控制系統設計總體框圖見圖1所示，根據綜采工作面的長度，配置支架控制器個數。支架控制器獲取傳感器組數據并經邏輯處理后，控制器電液換向閥進行控制液壓支架執行相應的動作。支架控制器之間以RS485進行通信，并經耦合器后與井下主機、井下交換機相連，最終以TCP/IP通信模式將數據發送至地面主控計算機。

2硬件設計

液壓支架電液控制系統中支架控制器主芯片選用C8051F020高性能處理芯片，一個機器周期只由一個時鐘周期組成，可執行一條指令；該芯片允許擴展中斷源，可擴展至22個；片內資源包括8~12位多通道ADC，8~64個通用I/O口，2個UART以及Flash、RAM、片內時鐘、看門狗等，滿足支架控制器設計要求。電液控制系統中所用的關鍵傳感器主要技術參數如表1所示。液壓支架電液控制系統的電源為雙路DC12V電源，由AC85V-AC265V電源經A/C開關電源模塊以及過壓、過流保護電路處理后，輸出DC12V電源，保證電液控制系統的正常供電。雙向隔離耦合器主要用于對支架控制器之間的RS85以及SPI通信信號進行電氣隔離和信號耦合，保證電液控制系統通信質量。

3軟件設計

液壓支架電液控制系統的軟件采用C+匯編語言編程實現，在KeilC51軟件中完成控制系統的軟件程序編寫，在proteus軟件平臺搭建硬件實現電路并進行仿真。圖2所示為液壓支架控制系統軟件主流程，在完成系統初始化以及資源配置后，執行鍵盤掃描程序，巡檢是否有按鍵按下。如果有按鍵按下，則執行按鍵功能子程序；如果沒有按鍵按下，則檢查中斷信號，是否需要執行中斷子程序。液壓支架電液控制系統的中斷子程序包括模式切換、單架控制、臨架控制、成組控制、集中控制以及遠程控制中斷子程序。圖3所示為液壓支架電液控制系統的模擬量信號采集軟件流程，為完成液壓支架動作，支架控制器需要實時采集壓力、位移、紅外以及傾角傳感器的模擬量信號，經A/D轉換以及軟件濾波后，進行邏輯處理，控制電液換向閥動作。

4系統測試

在實驗室完成液壓支架電液控制系統的調試與測試，測試內容主要包括單架單動作控制、鄰架單動作控制、鄰架聯動控制、成組自動控制、急停/閉鎖控制以及聲光報警控制等。利用液壓支架控制人機界面對液壓支架進行操作，經對測試數據進行記錄、統計和分析，該電液控制系統能夠較好地完成液壓支架控制。

5結語

針對綜采工作面液壓支架分布數量較多，電液控制系統的實時性、穩定性較差的問題，設計并開發基于C8051F020芯片的液壓支架電液控制系統，在軟件實現中設計多種控制模式，滿足液壓支架的控制要求，同時基于RS485以SPI完成支架控制器之間的數據通信。系統測試結果表明，所設計的電液控制系統能夠滿足綜采工作面液壓支架控制要求，保證煤礦安全、穩定生產。

參考文獻

[1]申寶宏，郭玉輝.我國綜合機械化采煤技術裝備發展現狀與趨勢[J].煤炭科學技術，2012，40（2）：1-3.

[2]馬鵬宇，余佳鑫，陸廷鍇，等.國產液壓支架電液控制系統現狀[J].中國機械，2013（11）：211-212.

[3]伍小杰，于月森，等.液壓支架電液控技術的現狀及展望[J].煤炭科學技術，2009，37（1）：25-29.

[4]楊世華，宋建成，田幕琴，等.基于雙RS485總線的液壓支架運行狀態監測系統開發[J].工礦自動化，2014，40（8）：1-5.

[5]蔣春悅，田慕琴，宋建成，等.自動化工作面液壓支架控制器設計[J].工礦自動化，2014（9）：1-5.

[6]郭衛，李績.PLC在礦用液壓支架電液控制系統中的應用研究[J].煤礦機械，2015，36（1）：3-5.

作者：王瑞彪 單位：西山煤電（集團）有限責任公司機電修造園區科技發展分公司