自动化工作面液压支架电液控制系统隔爆兼本安型集控计算机的开发

摘要

本文在对煤矿综采自动化工作面液压支架电液控制系统分析研究的基础上对隔爆兼本安型集控计算机进行了深入研究，研究内容是国际科技合作与交流专项项目“无人值守工作面液压支架电液控制系统的研制”(项目编号:0S2013ZR0493)及山西省重大专项项目“全自动国产无人值守综采工作面技术装备研发”（项目编号:20111101024）的重要组成部分。当前煤炭高效集约化安全开采对综采工作面液压支架控制自动化程度的需求日益提高，工作面液压支架电液控制系统的远程自动控制已成为工作面自动化的关键技术之一。隔爆兼本安型集控计算机是液压支架电液控制系统实现自动化的主要装置，与端头控制器、架间控制器以及地面监控中心配合，共同实现液压支架的实时监测、自动控制、集中控制、就地控制、控制器程序在线升级等功能，最终实现综采工作面的自动化。近年来国外电液控制技术发展迅速，并在实际生产中取得了越来越广泛的应用。但我国液压支架电液控制系统集控计算机基本依赖进口，供货周期长、价格昂贵且维修困难，这种局面大大制约着我国煤矿工业自动化的发展。因此，研究具有自主知识产权的隔爆兼本安型集控计算机具有十分重要的意义。
　　本文通过深入研究自动化工作面液压支架电液控制系统的控制策略，确定了电液控制系统集中控制方案，设计了隔爆兼本安型集控计算机硬件并开发了集控系统软件，分别通过了实验室和地面运行试验，并投入工业运行，主要研究内容如下:
　　通过查阅大量相关文献，以及对目前综采工作面电液控制系统的应用情况进行现场调研，确定了液压支架电液控制系统的功能需求和技术指标，设计了液压支架中央控制系统的控制方案，并在此基础上提出了隔爆兼本安型集控计算机的功能要求。
　　确定了集控计算机硬件电路的总体结构，完成了控制模块的选型及本安型隔离通讯电路的设计。为了适应井下的恶劣环境，对通讯电路采取了抗干扰措施，并设计了隔爆外壳。
　　采用基于PowerBuilder的嵌入式SQL开发了集控程序，主要包括TCP/IP通讯子程序、RS-485通信子程序、软件在线升级等，可实现工作面运行状态的实时监测、液压支架电液控制系统的集中控制以及数据库的管理功能。
　　在实验室搭建了液压支架电液控制系统试验台，并对集控计算机各个功能进行了实验室调试。组装成产品后，在晋煤集团进行了地面试运行和井下工业运行。调试运行结果表明:本隔爆兼本安型集控计算机结构设计科学合理，能够快速、准确地获取液压支架状态信号和对液压支架进行实时有效地控制，实现了液压支架端头控制器和架间控制器的在线程序升级，为综采工作面的自动化打下了基础。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 液压支架电液控制系统

1．2．1 液压支架

1．2．2 液压支架电液控制系统简介

1．3 液压支架电液控制系统的发展与现状

1．3．1 国内的发展与现状

1．3．2 国外的发展与现状

1．4 自动化工作面

1．4．1 自动化工作面定义

1．4．2 自动化工作面系统构成

1．5 开发液压支架电液控制系统隔爆兼本安型集控计算机的意义

1．6 本文的研究目标及主要研究内容

第二章 自动化工作面液压支架电液控制系统控制方案

2．1 液压支架电液控制系统总体结构

2．2 液压支架电液控制系统的功能和要求

2．2．1 单动作控制功能

2．2．2 成组动作控制功能

2．2．3 急停闭锁控制功能

2．2．4 信号采集功能

2．2．5 远程监控功能

2．2．6 支架控制器程序在线升级功能

2．3 液压支架电液控制系统技术指标和参数

2．4 液压支架中央控制系统的控制方法

2．4．1 常用的现场总线通讯方式

2．4．2 矿用工业以太网

2．4．3 液压支架中央控制系统控制方法

2．5 自动化工作面中央控制系统集中控制工艺设计

2．5．1 自动化工作面采煤工艺集中控制的要求

2．5．2 采煤机位置信息的判断

2．5．3 采煤工艺段集中控制的实现

2．6 隔爆兼本安型集控计算机功能要求

2．7 液压支架装置状态信息采集及系统参数的管理

2．7．1 液压支架装置状态信息采集方法

2．7．2 液压支架系统参数的管理

2．8 本章小结

第三章 隔爆兼本安型集控计算机硬件设计

3．1 集控计算机硬件结构设计

3．2 控制模块选型

3．3 本安型通讯电路设计

3．3．1 本安型RS-485隔离通讯电路

3．3．2 本安型USB隔离通讯电路

3．4 隔爆兼本安型集控计算机的抗干扰设计

3．5 集控计算机的隔爆性能设计

3．6 本章小结

第四章 隔爆兼本安型集控计算机集控程序设计

4．1 应用环境及开发工具的选择

4．1．1 PB开发工具的选择

4．1．2 SQL语言

4．2 集控系统软件总体方案

4．3 集控系统软件界面开发与实时监控模块设计

4．3．1 集控系统软件画面组成

4．3．2 集控系统通讯子程序

4．3．3 参数巡检子程序

4．3．4 实时控制子程序

4．3．5 软件在线升级子程序

4．4 本章小结

第五章 集控计算机的试验与应用

5．1 实验室调试

5．1．1 通讯系统调试

5．1．2 功能调试

5．2 地面调试

5．2．1 工作面监测功能调试

5．2．2 液压支架远程控制功能调试

5．2．3 地面调试结果分析

5．3 井下应用

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果