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摘要: 液压支架自动控制对于提高采煤工作面的自动化程度有着重要意义，是液压支架控制系统发展的方向。本文针对液压支架监控的需要，提出了液压支架远程监控系统的设计。在分析了系统结构、控制方式和控制策略的基础上，利用西门子公司的S7-300 PLC和组态王工业组态软件进行了监控系统的开发，实现了综采工作面液压支架的自动监控，提高了煤矿安全生产的自动化。
关键词：液压支架，控制系统，设计
Abstract: the hydraulic support for the improvement of automatic control automation degree of coal mining face has important significance, hydraulic support control system is the direction of development. According to the need of hydraulic support monitoring, and put forward the hydraulic support remote monitor and control system design. On the analysis of the system structure, control mode and the control strategy, and on the basis of Siemens company of S7-300 PLC and configuration king and the configuration software monitoring system development, realize the fully mechanized working face of hydraulic support automatic monitoring and improve the safety production in coal mine of automation.
Keywords: hydraulic support, the control system, the design
中图分类号：S605+.2 文献标识码：A文章编号：
0引言
随着采煤技术的发展，各种先进技术逐渐应用于液压支架控制系统，尤其是近些年来计算机技术与自动化技术的迅速发展，使面对分散的监控对象与设备，也能设计出可靠的监控系统。而液压支架自动化控制以网络技术为基础，利用液压技术、电子技术、自动化控制技术、通信技术、监测技术等实现了液压支架的自动循环控制，提高了液压支架移架速度，实现液压支架电液控制系统的自动控制 。
1系统结构
基于S7-300 PLC的液压支架自动控制系统整体结构主要由3个部分组成:以井下中心分站为核心的数据采集及预处理系统、以工业计算机为主的井上监测控制系统、以Profibus-DP总线和工业以太网为主的数据通信系统。其中数据采集层的传感器主要有压力传感器、行程传感器、倾角传感器等，反别检测液压支架的立柱压力、移步距离和平衡倾角，并将这些值转换为标准电流信号。分站ET200M接受标准电流信号与电磁阀信号，将其处理为RS—485信号。而主站S7-300 PLC与分站ET200M之间的通讯，则通过PROFIBUS总线实现 。
PROFIBUS用于工厂自动化系统三级网络中的底层，适用于分散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。主站PLC的数据信息要传给位于集控室的上位机，并执行上位机的控制指令则要通过在S7-300上扩展工业以太网模块CP343-1實现。上位机采用配有显示器的工控机，且安装有SIMANTIC S7编程软件和组态王工业组态软件。通过组态王组态软件对整个控制系统进行组态，做出系统各个部分的监控画面，从而使管理监控层实时显示液压支架状态、运行参数、故障信息，同时给控制主站发送控指令。整个控制系统结构如下图1所示：
图1液压支架控制系统结构
2 控制方式
为了保证控制的可靠性，系统采用现地、远方手动和远方自动三级控制结构，且三种方式可做到无扰动的切换。
（1）现地控制方式操作相应的手动阀来控制液压支架的动作，每个动作的间隔时间由操作人员根据自己的经验与现场情况自行掌握。这种原有的方式被保留，保证了即使自动控制系统不能投入工作，仍能对液压支架的动作进行有效控制。
（2）远程控制方式地面监控中心根据实时变化的信息与安全生产需要，在上位机上将控制指令传给主站PLC300，由主站PLC接着向下层传递，至底层电磁阀线圈得电后将电信号转换为液压信号，控制各油缸的动作，从而实现远程控制井下液压支架。
（3）自动控制方式PLC根据事先设定的控制流程，控制液压支架电液控制阀的启停，从而使液压支架按预定的程序自动实现降柱、移架、升柱、推溜等动作，实现无人值守运行。
3 系统软件设计
基于S7-300 PLC的液压支架自动控制系统软件采用STEP7 V5.3编程。该软件为一种结构化的程序,由用户编写子程序模块,操作系统通过调用子程序模块的框架即可完成系统程序的编写工作 。液压支架以乳化液泵站的高压液体作为动力，自动控制系统按步骤和需要使支架及附属装置完成支撑、僵住、移驾、推移输送机等过程 。根据液压支架的实际工作情况,软件设计大多采用设定值和时间控制来判断各种操作工序。先判断是否有降柱、伸柱、推溜等命令，然后对其工序先判断立柱腔内压力或者推溜位移有没有到设定值,如果到设定值,则进行下一动作；若未到,则判断时间有没有到经验时间,时间未到则返回判断设定值,直到条件满足为止。而对于移架、伸前探梁、降前探梁、伸侧护帮板、降侧护帮板等工序只有时间控制,时间到则执行阀关闭动作；未到,则维持当前动作。具体见下面的流程图2所示：
图2 控制系统流程图
组态王以Microsoft Windows98/WindowsXP/WindowsNT等中文操作系统为其操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。它使采用PC机比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发 。
装有组态王的上位机读取数据采集系统监测到的现场设备运行状态、模拟量采样数据等信息，并实时动态显示与显示屏上。一旦发现故障报警信息，系统立即显示醒目的报警画面，并向数据采集系统发出相应动作指令，同时保存并记忆故障发生的时间、方位等其他数据，还可根据客户需求保存历史数据、定时、实时打印数据。
4 结语
本系统在S7-300PLC和组态王组态软件的基础上，对液压支架实行了数字化的监控，实现了液压支架多参数的在线显示与液压支架动作的自动控制，不仅解决了现有压力观测不方便、不直接以及定期观测带来的难以及时了解液压支架当前压力、及时处理现有状况的缺点，而且可降低生产成本，提高液压支架运行的可靠性,整个系统界面友好、运行可靠、扩展方便，为管理人员及时发现并解决支护过程中的隐患提供了依据，推进了煤矿安全生产的信息化建设。
参考文献:
[1]宁宇. 综采工作面液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术，2009（1）.
[2]罗成名，张权. 液压支架远程智能监控系统的设计[J].煤矿机械，2010（4）.
[3]龚仲华.S7-200/300/400 PLC应用技术提高篇[M].北京:人民邮电出版社,2008.
[4]吴士涛.综采支架安全监测系统[D].青岛:山东科技大学,2006.
[5]蔡晓巍.基于双CAN总线液压支架监控系统的设计[D].南昌：南昌大学，2009.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：液压支架，控制系统，设计
Abstract: the hydraulic support for the improvement of automatic control automation degree of coal mining face has important significance, hydraulic support control system is the direction of development. According to the need of hydraulic support monitoring, and put forward the hydraulic support remote monitor and control system design. On the analysis of the system structure, control mode and the control strategy, and on the basis of Siemens company of S7-300 PLC and configuration king and the configuration software monitoring system development, realize the fully mechanized working face of hydraulic support automatic monitoring and improve the safety production in coal mine of automation.
Keywords: hydraulic support, the control system, the design
中图分类号：S605+.2 文献标识码：A文章编号：
0引言
随着采煤技术的发展，各种先进技术逐渐应用于液压支架控制系统，尤其是近些年来计算机技术与自动化技术的迅速发展，使面对分散的监控对象与设备，也能设计出可靠的监控系统。而液压支架自动化控制以网络技术为基础，利用液压技术、电子技术、自动化控制技术、通信技术、监测技术等实现了液压支架的自动循环控制，提高了液压支架移架速度，实现液压支架电液控制系统的自动控制 。
1系统结构
基于S7-300 PLC的液压支架自动控制系统整体结构主要由3个部分组成:以井下中心分站为核心的数据采集及预处理系统、以工业计算机为主的井上监测控制系统、以Profibus-DP总线和工业以太网为主的数据通信系统。其中数据采集层的传感器主要有压力传感器、行程传感器、倾角传感器等，反别检测液压支架的立柱压力、移步距离和平衡倾角，并将这些值转换为标准电流信号。分站ET200M接受标准电流信号与电磁阀信号，将其处理为RS—485信号。而主站S7-300 PLC与分站ET200M之间的通讯，则通过PROFIBUS总线实现 。
PROFIBUS用于工厂自动化系统三级网络中的底层，适用于分散的、具有通讯接口的现场受控设备对底层设备有较高的数据集成和远程诊断、故障报警及数字化要求的系统。主站PLC的数据信息要传给位于集控室的上位机，并执行上位机的控制指令则要通过在S7-300上扩展工业以太网模块CP343-1實现。上位机采用配有显示器的工控机，且安装有SIMANTIC S7编程软件和组态王工业组态软件。通过组态王组态软件对整个控制系统进行组态，做出系统各个部分的监控画面，从而使管理监控层实时显示液压支架状态、运行参数、故障信息，同时给控制主站发送控指令。整个控制系统结构如下图1所示：
图1液压支架控制系统结构
2 控制方式
为了保证控制的可靠性，系统采用现地、远方手动和远方自动三级控制结构，且三种方式可做到无扰动的切换。
（1）现地控制方式操作相应的手动阀来控制液压支架的动作，每个动作的间隔时间由操作人员根据自己的经验与现场情况自行掌握。这种原有的方式被保留，保证了即使自动控制系统不能投入工作，仍能对液压支架的动作进行有效控制。
（2）远程控制方式地面监控中心根据实时变化的信息与安全生产需要，在上位机上将控制指令传给主站PLC300，由主站PLC接着向下层传递，至底层电磁阀线圈得电后将电信号转换为液压信号，控制各油缸的动作，从而实现远程控制井下液压支架。
（3）自动控制方式PLC根据事先设定的控制流程，控制液压支架电液控制阀的启停，从而使液压支架按预定的程序自动实现降柱、移架、升柱、推溜等动作，实现无人值守运行。
3 系统软件设计
基于S7-300 PLC的液压支架自动控制系统软件采用STEP7 V5.3编程。该软件为一种结构化的程序,由用户编写子程序模块,操作系统通过调用子程序模块的框架即可完成系统程序的编写工作 。液压支架以乳化液泵站的高压液体作为动力，自动控制系统按步骤和需要使支架及附属装置完成支撑、僵住、移驾、推移输送机等过程 。根据液压支架的实际工作情况,软件设计大多采用设定值和时间控制来判断各种操作工序。先判断是否有降柱、伸柱、推溜等命令，然后对其工序先判断立柱腔内压力或者推溜位移有没有到设定值,如果到设定值,则进行下一动作；若未到,则判断时间有没有到经验时间,时间未到则返回判断设定值,直到条件满足为止。而对于移架、伸前探梁、降前探梁、伸侧护帮板、降侧护帮板等工序只有时间控制,时间到则执行阀关闭动作；未到,则维持当前动作。具体见下面的流程图2所示：
图2 控制系统流程图
组态王以Microsoft Windows98/WindowsXP/WindowsNT等中文操作系统为其操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。它使采用PC机比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发 。
装有组态王的上位机读取数据采集系统监测到的现场设备运行状态、模拟量采样数据等信息，并实时动态显示与显示屏上。一旦发现故障报警信息，系统立即显示醒目的报警画面，并向数据采集系统发出相应动作指令，同时保存并记忆故障发生的时间、方位等其他数据，还可根据客户需求保存历史数据、定时、实时打印数据。
4 结语
本系统在S7-300PLC和组态王组态软件的基础上，对液压支架实行了数字化的监控，实现了液压支架多参数的在线显示与液压支架动作的自动控制，不仅解决了现有压力观测不方便、不直接以及定期观测带来的难以及时了解液压支架当前压力、及时处理现有状况的缺点，而且可降低生产成本，提高液压支架运行的可靠性,整个系统界面友好、运行可靠、扩展方便，为管理人员及时发现并解决支护过程中的隐患提供了依据，推进了煤矿安全生产的信息化建设。
参考文献:
[1]宁宇. 综采工作面液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术，2009（1）.
[2]罗成名，张权. 液压支架远程智能监控系统的设计[J].煤矿机械，2010（4）.
[3]龚仲华.S7-200/300/400 PLC应用技术提高篇[M].北京:人民邮电出版社,2008.
[4]吴士涛.综采支架安全监测系统[D].青岛:山东科技大学,2006.
[5]蔡晓巍.基于双CAN总线液压支架监控系统的设计[D].南昌：南昌大学，2009.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。