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声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名‘二通整I 塾 日期竺 丕 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包 括①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学 校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允 许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换 学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容 保密学位论文在 解密后遵守此规定 。 签名日期 竺 靳孙一边 日期尘■ 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 煤矿自动化工作面液压支架电液控制系统支架控制器的 摘要 本课题的研究内容是山西省科技攻关项目“煤矿无人值守工作面液压 支架电液控制系统的研制” 项目编号2 0 1 1 0 3 2 1 0 0 5 0 7 的重要组成部分， 也是山西省重大专项项目“全自动国产无人综采工作面技术装备研发” 项 目编号2 0 1 1 1 1 0 1 0 2 4 的子课题，同时也是国际合作项目“无人值守工作 面液压支架电液控制系统的研制” 项目编号0 S 2 0 1 3 Z R 0 4 9 3 的主体内 容。 目前我国大中型煤矿使用的液压支架控制器大多依赖进口，进口控制 器存在供货不及时、通讯协议不公开、升级困难，且不具备自动控制和自 诊断功能的问题。针对国产液压支架控制器可靠性低、实时性差、抗干扰 能力弱，不能满足高产高效综采工作面生产需求等问题。本文自行开发设 计了一套具有自主知识产权的集追机拉架、间架控制和数据采集传送分析 为一体的液压支架控制器。本课题是在原控制器的基础上对硬件电路、软 件流程进行了升级、优化，制定了自动化集中控制策略以及动作自诊断功 能，并研制出了新型矿用隔爆型支架控制器，同时进行了现场工业性试验 和实际应用。与国内外同类型产品相比，本支架控制器成产成本低廉，产 权技术自主化，且增加了集中控制功能和自诊断功能，极大地提高了电液 控制的自动化程度和工作稳定性。主要研究内容如下 1 、制定了支架控制器硬件设计优化总体方案，设计了支架控制器的双 C P U 控制结构，包括两部分电路即接口电路和主控电路，接口电路负责架 间通讯、人机互动、急停闭锁、红外信号采集等功能。硬件设计按模块分 为C P U 最小系统电路、模拟1 2 C 模式键盘电路、L C D 液晶显示电路、急停 闭锁电路、架问R S 4 8 5 通讯电路、电源转换电路和红外信号接收电路等。 主控电路负责电磁阀驱动、自动化集中控制、模拟量采集、数据存储调用 以及动作诊断等功能。此外，针对井下采煤的实际作业情况，设计了全新 的人机交互式键盘，全面提升了控制器的功能性和稳定性。 2 、设计了支架控制器模块化软件结构，编写了接口电路的汇编语言程 序，包括主程序以及各功能模块程序，主要包括I z c 键盘扫描程序、L C D 显示程序、急停闭锁中断程序、R S 4 8 5 通讯程序、S P I 通讯程序等。编写了 主控电路C 语言应用程序，主要包括模拟量采集检测程序、集中控制程序 等。优化了控制器的程序结构，并配合硬件电路拓展和完善了相应功能。 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 、在实验室搭建了液压支架电液控制系统试验台，完成了软硬件各项 功能测试，并在晋煤金鼎公司液压支架装配车间对支架控制器进行了多次 现场综合调试，配合采煤机等设备成功完成了地面模拟自动化采煤作业流 程。于2 0 1 2 年1 2 月在重庆煤科院取得了支架控制器煤安认证，使控制器 具备了下井资质。并于2 0 1 3 年1 0 月～2 0 1 4 年1 月在晋煤集团古书院矿 1 5 2 3 0 4 工作面进行了井下成产试验，完成了整条工作面的开采工作，得到 矿方的认可。 调试结果及实际运行效果表明，本课题开发的液压支架控制器设计结 构合理、动作灵敏可靠、操作方便快捷、通讯稳定高效，具有较高的实际 应用价值。 关键词液压支架，电液控制器，R S 4 8 5 通讯，1 2 C 通讯，自动控制器。 I I 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 O p t i m i z e dD e s i g nf o rt h eS u p p o r tC o n t r o l l e rU s e di nH y d r a u l i c S u p p o r tE l e c t r o h y d r a u l i cC o n t r o ls y s t e mi nt h eC o a lM i n e A u t o m a t i o nW o r k i n gF a c e A B S T R A C T T h er e s e a r c hc o n t e n ti nt h i st h e s i si sa ni m p o r t a n tp a r to ft h es c i e n c ea n d t e c h n o l o g y r e s e a r c h p r o j e c to fS h a n x i p r o v i n c e ”D e v e l o p m e n t f o r e l e c t r o n i c h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mo fh y d r a u l i cs u p p o r t su s e di nu n a t t e n d e d f u l l y m e c h a n i z e dm i n i n gf a c e ” N O ．2 0110 3 210 0 5 0 7 ，a l li m p o r t a n tp a r to ft h e m a j o rs p e c i a lp r o j e c t o fS h a n x i p r o v i n c e ”R e s e a r c h o n t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n ti nd o m e s t i cf u l l y m e c h a n i z e dm i n i n gf a c e ” N O 2 01111010 2 4 ，a n d i ta n i m p o r t a n tp a r to ft h ei n t e m a t i o n a lc o o p e r a t i o np r o j e c t ”R e s e a r c ho n e l e c t r o n i c h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mo fh y d r a u l i cs u p p o r t su s e di nu n a t t e n d e d f u l l y - m e c h a n i z e dm i n i n gf a c e ” N O 2 013 D F A 7 0 7 5 0 ． A i m i n gt op r o b l e m st h a tt h eh y d r a u l i cs u p p o r tc o n t r o l l e ri m p o r t e d ，w h i c h h a sb e e na p p l i e dt ot h eh y d r a u l i cs u p p o r ti nt h el a r g es t a t e o w n e dc o a lm i n e s ，i s n o ti nt i m ef o rd e l i v e r y , c l o s e di nc o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l ，h i g hp r i c ea n dl a c k o fa u t o m a t i cc o n t r o lf u n c t i o na n ds e l f - d i a g n o s t i cf u n c t i o n ．a n dt h e r ea r eo t h e r p r o b l e m st h a tt h eh y d r a u l i cs u p p o r tc o n t r o l l e rm a d ei nc h i n a ，w h i c hi so fl o w o p e r a t i o n a ls a f e t y , p o o rr e a lt i m ea n dp o o ra n t i i n t e r f e r e n c e ．。a n di ti Su n a b l et o m e e tt h er e q u i r eo fh i g hy i e l da n de f f i c i e n tc o a lf a c e ．I no r d e rt os o l v et h e p r o b l e m ，a n i m p r o v e dk i I n do fh y d r a u l i cs u p p o r tc o n t r o l l e rh a sb e e nd e v e l o p e di n t h i sp a p e r ．1 1 1 eu p g r a d e dh a r d w a r ec i r c u i ta n do p t i m i z e ds o f t w a r ea g e n c i eh a s b e e nd e s i g n e di nt h ei m p r o v e dc o n t r o l l e r ，a n da u t o m a t e dc o n t r o lf u n c t i o na n d a c t i o ns e l f - d i a g n o s t i cf u n c t i o nh a sb e e nu s e di nt h ec o n t r o l l e r ．T h ei m p r o v e d c o n t r o l l e rh a sb e e nt e s t e da n du s e di nc o a lm i n e s ．C o m p a r e dt of o r e i g np r o d u c t s ， t h ec o n t r o l l e ri sc h e a p e r , a n di th a sa ni n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t ．I n a d d i t i o n ，t h ec o n t r o l l e r i n c o r p o r a t e d a u t o m a t icc o n t r o l f u n c t i o na n d s e l f - d i a g n o s t i cf u n c t i o nt oi m p r o v ee f f i c i e n c ya n ds t a b i l i t y ．T h em a i nc o n t e n t s a r ea sf o l l o w s T h eo v e r a l lp r o g r a mo fm o d u l a rc i r c u i th a sb e e nm a d e ，a n dc o n t r o l l e ri so f d u a l c o r es t r u c t u r e ．T h ec o n t r o l l e ri S c o n s i s t so ft w op a r t so ft h e c i r c u i t ．’ i n t e r f a c ec i r c u i ta n dc o n t r o lc i r c u i t ．’r h ei n t e r f a c ec i r c u i t s i sr e s p o n s i b l ef o r 1 1 1 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 c o m m u n i c a t i o n s ，h u m a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i o n ，e m e r g e n c yl o c k o u t ，i n f r a r e d s i g n a la c q u i s i t i o na n do t h e rf u n c t i o n s ，i ti n t e g r a t e sC P U m i n i m u m s y s t e mc i r c u i t 1 2 Ck e y b o a r ds c a n n i n gc i r c u i t ，L C Dl i q u i dc r y s t a ld i s p l a yc i r c u i t ，e m e r g e n c y s t o pa n dl o c k o u tc i r c u i t ，R S 4 8 5c o m m u n i c a t i o nc i r c u i tb e t w e e nc o n t r o l l e r s ， e x t e r n a lR A M c i r c u i t ，p o w e rc o n v e r s i o nc i r c u i ta n di n f r a r e ds i g n a lr e c e i v i n g c i r c u i t ．T h ec o n t r o lc i r c u i ti sr e s p o n s i b l ef o rd r i v i n g ，a u t o m a t e dc o n t r o l ，a n a l o g a c q u i s i t i o n ，d a t as t o r a g ea n da c t i o nd i a g n o s t i c s ．i ti n t e g r a t e sC P U m i n i m u m s y s t e mc i r c u i t ，R S 4 8 5c o m m u n i c a t i o nc i r c u i t f o ra u t o m a t e dc o n t r o l ，p o w e r c o n v e r s i o nc i r c u i ta n dd r i v i n gc i r c u i t ．．I n ⋯a d d i t i o n ，⋯an e wm a n m a c h i n e i n t e r a c t i v e k e y b o a r dh a s b e e nd e s i g n e dt oe n h a n c et h ef i m c t i o n a l i t ya n d s t a b i l i t y ． T h em o d u l a ra r c h i t e c t u r eo ft h es o f t w a r eh a sb e e nd e s i g n e d ．I n t e r f a c e c i r c u i tp r o g r a mi sa s s e m b l yl a n g u a g e ，i n c l u d ek e y b o a r ds c a n n i n gs u b r o u t i n e ， L C Dl i q u i dc r y s t a ld i s p l a ys u b r o u t i n e ，e m e r g e n c ys t o p ，a n dl o c k o u ts u b r o u t i n e ， R S 4 8 5c o m m u n i c a t i o ns u b r o u t i n e ，S P Ic o m m u n i c a t i o ns u b r o u t i n e ．C o n t r o l c i r c u i tp r o g r a mi sCl a n g u a g e ，i n c l u d eA Ds u b r o u t i n ea n da u t o m a t i cc o n t r o l s u b r o u t i n e ．T h ep r o g r a mc o o r d i n a t et h eh a r d w a r et oa c h i e v ef u n c t i o n ． A c c o r d i n gt o f u n c t i o n t e s t i n gr e q u i r e m e n t s ，a t e s t p l a t f o r m o ft h e e l e c t r o h y d r a u l i cc o n t r o l l e ri nh y d r a u l i cs u p p o r t ss y s t e mi s b u i l ta n ds y s t e m d e b u g g i n gh a s b e e nc o m p l e t e di nt h el a b o r a t o r y ．T h eg r o u n ds i m u l a t i o n d e b u g g i n gh a sb e e nm a d ei nJ i n d i n gc o m p a n y , a n dt h e a u t o m a t i cc o n t r o l s i m u l a t i o nt e s th a sb e e nm a d es u c c e s s f u l l yw i t ht h ec o n t r o l l e rw o r k e dw i t h S h e a r e ra n do t h e rd e v i c e s ．T h ec o n t r o l l e ro b t a i n e dt h ec o a ls a f e t yc e r t i f i c a t i o nI n D e c e m b e r2 012i nC h o n g q i n gC o a lR e s e a r c hI n s t i t u t e ．T h ec o n t r o l l e rw e n t t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o no f t h et e s tc o a lm i n e15 2 3 0 4 撑i nG u s h u y u a nm i n ef r o m O c t o b e r2 0 1 3t oJ a n u a r y2 0 1 4 ，a n dt h et h ec o n t r o l l e rg a i nr e c o g n i t i o n o f w o r k e r s ． T h er e s u l t so fd e b u g g i n ga n du s i n gi n d i c a t e dt h a tt h ee l e c t r o h y d r a u l i c c o n t r 0 1s y s t e m sf o rh y d r a u l i cs u p p o r t sw i t hs c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lo r g a n i z a t i o n ， a c t i o no p e r a t i o nc o n v e n i e n ta n da g i l e ，f u n c t i o no p e r a t i o nr e l i a b l ea n dt i m e l y , a n dd a t ac o m m u n i c a t i o ns t a b l ya n de f f i c i e n t ，S Oi ti sas y s t e mw i t hah i 曲 p r a c t i c a lv a l u e ． K E YW O R D S H y d r a u l i cS u p p o r t ，E l e c t r o n i c H y d r a u l i cC o n t r o l l e ，R S 4 8 5 C o I n m u n i c a t i o n ，1 2 Cc o m m u n i c a t i o n ，a u t o m a t i cc o n t r o l 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 日求 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 煤炭开采行业现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．1 ．1 综采工作面现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．2 自动化综采工作面现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．1 ．3 液压支架现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．2 液压支架电液控制系统的发展与现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 1 ．2 ．1 国外的发展和研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．2 ．2 国内的发展和研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．3 研发液压支架电液控制系统的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一8 1 ．4 本文的研究目标及主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 第二章液压支架控制器的总体方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 l 2 ．1 液压支架控制器的总体方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 液压支架控制器的控制方式确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 液压支架控制器功能设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．3 ．1 单动作控制功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．15 2 ．3 ．2 成组动作控制功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．3 ．3 急停与闭锁功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．3 ．4 数据信息存储与调用功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．3 ．5 红外信号接收功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．3 ．6 模拟量信号采集功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，1 7 2 - 3 ．7 自诊断功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．3 ．8 集控功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．4 液压支架控制器技术指标制定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 第三章液压支架控制器的硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．1 支架控制器硬件总体结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．2C P U 选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．2 ．1 控制器C P U 的选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 l 3 ．2 ．2C P U 的交叉开关配置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 4 3 ．3 接口电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．3 ．1 供电电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 3 ．3 ．2 键盘电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 ．3 显示电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 3 ．3 ．4 红外信号接收电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3l 3 ．3 ．5 急停闭锁电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 3 ．3 ．6 支架通讯电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 3 ．3 ．7 外部数据存储及调用电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 6 3 ．3 ．8 电源监测及复位电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 3 ．4 主控电路设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 3 ．4 ．1 驱动电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 8 3 ．4 ．2 信号采集电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 3 ．4 ．3 自诊断电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 V 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 ．5 衬板电路部分⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 3 ．6 硬件电路的布局⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 3 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 第四章液压支架控制器的软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．1 软件开发环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 9 4 ．2 支架控制器软件总体结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．3 各模块功能程序设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．3 ．1 接口电路主程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 l 4 ．3 ．2 键盘扫描子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 2 4 ．3 ．3 综合判断子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．3 ．4 界面复位子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 4 ．3 ．5 动作执行子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 4 ．3 ．6 急停闭锁子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 4 ．3 ．7 通讯模块子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 3 4 ．3 ．8 参数调用子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 4 ．3 ．9 主控电路主程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 4 ．3 ．1 0 信号采集及处理子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 4 ．3 ．1 1 自诊断功能子程序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 l 第五章液压支架自动化集中控制方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．1 基于支架控制器的液压支架自动化集中控制策略⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 5 ．2 基于支架控制器的液压支架自动化集中控制方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 4 5 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 8 第六章液压支架控制器抗干扰设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 6 ．1 支架控制器抗干扰设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 6 ．1 ．1 支架控制器抗干扰硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 6 ．1 ．2 支架控制器抗干扰软件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 6 ．2 支架控制器抗E M C 干扰试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 3 6 ．2 ．1E M C 试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 3 6 ．2 ．2E M C 试验过程及结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 4 6 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 7 第七章液压支架控制器试验和应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 8 7 ．1 实验室功能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 8 7 ．1 ，1 就地控制功能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 8 7 ．1 ．2 远程控制功能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 l 7 ．1 ．3 自动化集控功能模拟测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 7 ．2 地面工业性试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 7 ．2 ．1 就地控制模式地面试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 7 ．2 ．2 集中控制模式地面试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 3 7 ．3 重庆煤科院性能检测试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 4 7 ．3 ．1 支架控制器性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 4 7 ．3 ．2 支架控制器功能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 6 7 ．4 井下应用试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 8 V I 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 7 ．4 ．1 支架控制器的井下安装⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 8 7 ．4 ．2 支架控制器的井下测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 9 7 ．4 ．3 支架控制器的井下运行⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 0 7 ．4 ．4 支架控制器的维护与修理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 0 7 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 0 2 第八章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 3 8 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 3 8 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一10 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 5 1 目筻谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 9 作者在攻读硕士学位期间的研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 0 V l l 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 V 1 1 1 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 我国是世界第一煤炭生产和消费大国，煤炭作为一次能源在我国工业生产和日常生 活中占据及其重要的位置。因此，对煤炭开采技术和装备的研究成为煤炭行业的一项重 要工作。根据国家“十二五”煤炭行业规划全国煤矿采煤机械化程度达到7 5 ％以上， 其中大型煤矿达到9 5 ％以上【1 1 ；因此，国内大中型煤矿大多引进了高产高效的机械化 采煤设备和先进的自动化采煤工艺，利用综采设备实现自动化采煤作业已成为我国煤炭 工业现代化发展的必然趋势。作为煤矿综合化采煤设备之一的液压支架电液控制系统， 其机械化和自动化的程度对现代煤矿的煤炭开采效率和安全性起到至关重要的作用，本 节通过论述综采工作面的组成结构、运行特点、发展前景及现状，详细阐明了研究液压 支架电液控制系统在现代化采煤作业中的重要意义。 1 ．1 ．1 综采工作面现状 综采工作面是综合机械化采煤工作面的的简称，是煤炭开采生产的第一线，同时也 是煤矿生产的最主要场所。由于煤炭开采为高危行业，在生产过程中，保障工作人员的 生命安全应摆在首位。同时，传统煤炭开采过程中出现的人员冗余、设备单一落后的情 况也严重制约着采煤效率。综采工作面的出现极大地改善了以上情况。综采工作面实现 了从煤炭开采到运输的各个环节的机械化、自动化作业，这种综合性、一体化的采煤作 业流程加强了煤矿井下设备的协调、配合工作，便于统一调度和管理，不仅极大地提高 了生产效率，而且有效的保障了煤矿井下工作人员的生命安全，减少了工人数量，提高 企业的整体效益。随着国内外采煤技术和工艺的发展，机械化综采工作面已经被大中型 煤矿广泛采用，且随着机械、通讯等技术的不断发展，综采工作面正在逐步向智能化、 自动化方面不断发展。 综采工作面设备包括采煤机、液压支架及配套电液控制系统、刮板输送机、破碎 机、转载机、皮带输送机、乳化液泵站、通风设备、供电设备、主控设备列车及内部监 测监控设备在实际采煤作业时，以上设备通过协调、配合完成煤炭的开采、处理、运 输等工作f 到。综采工作面设备布局图如图1 一l 所示。 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 - 采空区B 一液压支架c 采煤机Ⅱ- 刮板输送机E - 负荷中心卜乳化液泵站 o - 喷雾泵站H 一集中控制室I 一皮带输送机卜设备列车 K - 转载 破碎 机 图1 - 1 综采工作面设备布局图 F i g ．1 1T h ed i s t r i b u t i o nd i a g r a mo f m e c h a n i z e dm i n i n gf a c e 综采工作面的主要设备介绍如下 1 、采煤机 采煤机是一种通过旋转机构将煤破碎并将煤块送入刮板输送机的煤炭采掘机械。目 前在国内大中型煤矿中普遍使用的是高度可调式双滚筒采煤机0 1 ，其主要工作模式是通 过旋转滚筒上安装的钻头和煤壁旋转撞击切割，使煤块脱落到刮板运输机中，完成了整 个采煤工艺的第一步破煤工序。 2 0 世纪7 0 年代，德国E i c k h o f f 公司研制出了直流电牵引采煤机，该公司随后研发 出了多种信号的直流电牵引型采煤机【引。与此同时，美国J O Y 公司成功研制出了多电极 横行布置型直流牵引采煤机，其型号为1 L S 。该公司又陆续推出了2 L S 一6 L S 和7 L S 5 等
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