综采工作面液压支架电液控制系统的设计

５ 系统通信
由于液压支架电液控制系统是一种计算机分布式控制系统， 并且 ＣＡＮ 总线能够有效地支持分布式控制系统， 所以采用 ＣＡＮ 总线作为此 系统的通信总线。ＣＡＮ（ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ） 即控制器局域网络， 是一 种标准的现场总线。由于其高可靠性、灵活性以及独特的设计， ＣＡＮ 总 线越来越受到人们的重视并被广泛地应用于各个领域。ＣＡＮ 总线的特点 可以概括如下：
（ ４） 实时对支架、采煤机运行状态进行检测， 便于实现整个矿井的自 动化管理。
（ ５） 可根据顶板条件和支架结构设定多种自动控制模式。 （ ６） 可实现工作面无人化操作， 特别适合薄煤层工作面的开采。
半， 势必影响到整个系统的性能。从这一观点出发， 采用主从通信结构来 设计要求子控机之间能够相互控制和相互通信的计算机分布式控制系 统 是 不 合 理 的 。根 据 液 压 支 架 在 综 采 工 作 面 中 的 实 际 工 况 以 及 液 压 支 架 之间相互控制的要求， 采用 ＣＡＮ 总线结构设计了多节点互控型的 液 压 支架计算机分布式控制系统， 综采工作面液压支架电液控制系统原理见 图 １， 每架液压支架由一台子控机进行检测和控制， 构成一个电液控制子 系统， 主控机和所有子控机的串行通信接口均挂接在单根通信总线 ＣＡＮ 总线上， 构成刨煤机综采工作面液压支架计算机分布式控制系统。 从系统的结构上可以看出该系统具有以下特点：
（ ７） 通信网络布线简单， 通信介质无特殊要求， 采用双绞线即可。 基于 ＣＡＮ 总线的液压支架电液控制系统中， 每个子控机都 是 一 个 ＣＡＮ 节点， 以 ＣＡＮ 总线为纽带， 采用总线式拓扑结构连接成可以相互沟 通信息控制系统， 从而实现了子控机之间可以相互控制的要求。 节点电路原理见图 ３， 总线驱动器选用 Ｐｈｉｌｉｐｓ 的 ＰＣＡ８２Ｃ２５０， 通信控 制器选用 ＳＪＡ１０００， 微控制器选用单片机 ＡＴ８９Ｃ５５。 ＡＴ８９Ｃ５５ 是节点中 的核心部分， 负责控制及通信部分的核心， 不仅完成节点前端的控制功 能， 而且负责 ＣＡＮ 通信控制器 ＳＪＡ１０００ 设置及报文的收发。独立 ＣＡＮ 通 信控制器 ＳＪＡ１０００ 负责完成 ＣＡＮ 协议的物理层及数据层的主要功能。
４ 主控机的功能
主 控 机 主 要 实 现 对 系 统 参 数 、采 煤 工 作 面 子 控 机 液 压 支 架 的 综 合 管 理和控制。
（ １） 监测和显示整个工作面的所有子控机的运行状态。 （ ２） 可以向子控机发出命令来控制子控机动作。 （ ３） 根据工作面的不同状况， 设定系统的工作模式。
（ １） 实现液压支架的自动循环控制， 提高了移架速度， 特别适用于大 功 率 、高 速 度 机 采 设 备 的 高 产 高 效 工 作 面 。
（ ２） 系 统 能 够 实 现 自 动 控 制 ， 减 少 支 架 操 作 人 员 ， 降 低 劳 动 强 度 ， 提 高安全性， 改善工作环境。
（ ３） 实 现 初 撑 力 自 保 、擦 顶 移 架 、及 时 支 护 ， 保 证 了 支 架 对 顶 板 的 最 佳支护。
（ ３） 通 过 报 文 滤 波 即 可 实 现 点 对 点 、点 对 多 点 及 全 局 广 播 等 几 种 方 式传送接收数据， 而无需专门的“ 调度”。
（ ４） ＣＡＮ 的直接通信距离最远可达 １０ ｋｍ（ 传输速率 ５ ｋｂ／ｓ 以下） ； 通 信速率最高可达 １ Ｍｂ／ｓ（ 通信距离最长为 ４０ ｍ） 。
社， １９９４．
［ ４］ 张良．液压支架电液控制系统的应用现状及发展趋势［ Ｊ］ ．煤 炭 科 学
科技情报开发与经济
ＳＣＩ－ ＴＥＣＨ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ＆ ＥＣＯＮＯＭＹ
２００７ 年 第 １７ 卷 第 ８ 期
文章编号： １００５－ ６０３３（ ２００７） ０８－ ０２７７－ ０２
收稿日期： ２００６－ １１－ １６
综采工作面液压支架电液控制系统的设计
韩素媛
（ 西山煤电集团公司技工学校， 山西太原， ０３００５３）
（ ３） 施工过程中应通过监控量测了解各施工阶段地层与支护结构的 ［ ２］ 郑 道 访．复 杂 地 质 条 件 下 的 公 路 隧 道 建 设［ Ｊ］ ．世 界 隧 道 ， １９９２， １２
动态变化， 把握施工过程中结构所处的安全状态， 判断围岩稳定性、支护 （ ５） ： ５－ ８．
（ 责任编辑： 刘翠玲）
（ ５） ＣＡＮ 节电在错误严重的情况下可自动关闭总线， 切断它与总线 的联系， 使总线上的其他操作不受影响。
（ ６） ＣＡＮ 上的节点数主要取决于总线驱动电路， 目前可达 １１０ 个； 报
２７８
总 线 驱 动 器 ＰＣＡ８２Ｃ２５０ 与 ＣＡＮ 网 络 的 ＣＡＮＨ 和 ＣＡＮＬ 实 现 物 理 相 连 ， 使 得 各 节 点 能 够 与 网 络 进 行 良 好 的 交 互 。 在 ＳＪＡ１０００ 和 ＰＣＡ８２Ｃ２５０ 必须采用高速隔离器件， 如 ６Ｎ１３７， 构成隔离电路， 以增强抗 干扰能力。
Ｔｈｅ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｕｏｊｉａｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ
ＬＩＮ Ｐｅｎｇ－ｄｉｎｇ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ｌｕｏｊｉａｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ’ｓ ｃｒｏｓｓｉｎｇ－ ｏｖｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｂｅｓ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ； ｓｍｏｏｔｈ ｂｌａｓｔｉｎｇ； ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
机械， ２００２（ ３） ： １－ ３．
［ ２］ 陈威， 张伟， 房风浩， 等．综采工作面液 压 支 架 计 算 机 分 布 式 电 液 控
制系设计［ Ｊ］ ．微计算机信息， ２００５（ ２） ： ３３－ ３４； １３９．
［ ３ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 李朝阳．单片机原理及接口技术［ Ｍ］ ．北 京 ： 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版
３ 子控机的硬件设计和功能
的。但是如果有要求， 采用主从通信结构来设计系统虽然也能实现子控 机之间相互控制和相互通信， 但并不是子控机之间直接通信的， 而是通
所有子控机的硬件组成都一样， 由单片机扩展控制通道、信号检测通
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
摘 要： 介绍了综采工作面液压支架电液控制系统的原理， 探讨了子控机和主控机的
主要功能及其 ＣＡＮ 节点的设计。
关键词：电液控制系统；液压支架； 子控机； 主控机； ＣＡＮ 总线
中图分类号： ＴＤ３５４
文献标识码： Ａ
１ 液压支架电液控制系统简介
过与主控机之间间接通信实现的， 主控机起到通信“ 二传手”的作用。显 然， 与子控机之间能直接通信的控制系统相比， 其响应速度至少慢了一
２７７
韩素媛 综采工作面液压支架电液控制系统的设计 道、通信接口、键盘、显示器以及声光报警装置等组成， 具体结构见图 ２。
本刊 Ｅ－ ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ 创新与实践
文 标 志 符 可 达 ２ ０３２ 种（ ＣＡＮ２．０Ａ） ， 而 扩 展 标 准（ ＣＡＮ２．０Ｂ） 的 报 文 标 志 符几乎不受限制。
的可靠性。并把监测结果及时反馈， 指导设计变更及施工， 为修改施工方
───────────────
法 、调 整 围 岩 级 别 、变 更 支 护 设 计 参 数 提 供 依 据 。 参考文献
［ １］ 王鸿渠．多边界石方爆破工程［ Ｍ］ ．北京： 人民交通出版社， １９９４： １０．
第一作者简介： 林鹏顶， 男， １９８０ 年 ２ 月生， ２００３ 年毕业于中南林业 科技大学生物工程系， 助理工程师， 武警水电部队三峡指挥部第六支队 实验室， 广东省茂名市人民南路 ２６８ 号蓝天大厦， ５２３０００．
液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备， 是综采的关键 设备。随着近年来电子计算机和自动控制技术的发展， 采煤技术设备的自 动化也日趋成熟， 液压支架的电液控制也随之发展起来。液压支架电液控 制系统是目前液压支架最先进的控制方式， 是集机械、液压、电子、计算机 和通信网络等技术于一身， 技术含量高、难度大， 应用于煤矿井下的一项高 新技术产品。液压支架电液控制系统不但可以自动控制液压支架的动作， 而且可以实现邻架或远程控制液压支架， 此外还可以对工作面液压支架进 行监控， 使液压支架与其他采煤设备相配合， 实现高效采煤。其优点是：
（ １） ＣＡＮ 既可以采用多主方式， 也可以采用单主多从的方式。 其 通 信方式灵活， 且无需占地址等节点信息。
（ ２） ＣＡＮ 总线采用非破坏性仲裁技术， 当多个节点同时向总线 发 送 信息时， 优先级较低的节点会主动地退出发送， 而最高优先级的节点可 不受影响地继续传输数据， 从而大大节省了总线冲突仲裁时间。
６ 结语
本文主要介绍了综采工作面液压支架电液控制系统的设计， 设计完
成 了 系 统 原 理 结 构 图 、子 控 机 的 硬 件 结 构 及 其 子 控 机 和 主 控 机 的 主 要 功
能， 最后对系统通信进行了简单介绍， 下一步将进一步完善本系统， 为我
国的煤炭事业作出贡献。
参考文献
［ １］ 张伟．综采工作面液压支架计算机分布式监控系统的设 计［ Ｊ］ ．煤 矿