本课题是山西省科技重大专项项目“全自动国产无人综采工作面技术装备研发”(项目编号:20111101024)的主要内容,同时也是国家国际科技合作专项项目“无人值守工作面液压支架电液控制系统的研制”(项目编号:2013DFA70750)的一个子课题,是针对煤矿井下工作面缺乏稳定可靠、自动化程度高的液压支架电液控制技术的问题提出来的。随着高产高效矿井综采技术的发展,对煤矿综采设备的自动化和智能化要求也越来越高,特别是国家“十二五”期间已经将数字化、智能化煤矿装备作为重点攻关对象。液压支架作为主要综采设备之一,其自动化水平直接影响工作面的采煤效率。端头控制器是液压支架控制系统中的重要组成部分,它与间架控制器承担着实现液压支架的远程控制、综采工作面运行状态的监测和控制器程序的在线升级等任务,最终实现综采工作面的少人值守甚至无人值守自动控制。近几年,我国在液压支架电液控制系统方面的研究取得了很大进步,但是大部分国产液压支架电液控制系统可靠性低、实时性不强,难以在煤矿特别是高产高效综采工作面进行大范围推广应用;而进口液压支架电液控制系统存在供货周期长、配件不易购买、价格昂贵、维护困难、和煤矿其它监测系统的通信接口兼容性差等缺陷,严重制约着我国高产高效综采技术的发展,尤其是数字化、智能化装备技术发展。因此,开发一套具有自主知识产权的、高可靠性的液压支架端头控制器具有重要的现实意义。本文结合综采工作面自动化控制的要求,确定了端头控制器的总体方案,设计并研制了基于飞思卡尔16位单片机MC9S12XDP512的端头控制器的硬件电路,在CodeWarrior5.1中采用汇编语言开发了应用软件,并且在实验室试验平台上进行了系统试验。试验结果表明:控制器通信实时性好,运行稳定,能够满足综采工作面集中控制的实际要求。主要研究内容如下:在对煤矿现有液压支架电液控制系统调研的基础上,结合煤矿实际生产要求,查阅了国内外与之相关的资料,分析了液压支架端头控制器的结构、功能和控制模式,确定了相应的技术指标,设计了基于端头控制器的集中控制策略,制定了端头控制系统的总体方案。设计了液压支架端头控制器的总体硬件结构,通过所需资源的分析,选择了飞思卡尔公司的16位单片机MC9S12XDP512作为端头控制器的中央处理单元,设计了单片机的最小系统,包括供电电源电路、时钟电路、复位电路、BDM背景调试接口电路和PLL锁相环滤波电路;设计了 RS-485通信接口电路;设计了人机交互单元电路,包括矩阵键盘接口电路、液晶显示接口电路和运行状态指示接口电路;设计了外部NVSRAM接口电路。以上硬件电路为系统的稳定运行打下了基础。在分析系统功能的基础之上,选择了软件开发环境和编程语言,引入了基于事件驱动的编程思想,进行了软件的总体设计,详细说明了软件的资源配置情况,采用模块化编程方法编写了通信系统软件和人机交互软件。通信系统软件包括:串口通信子程序、控制模式切换子程序、远程手动控制子程序、响应防爆计算机远程点动控制子程序、响应防爆计算机参数修改子程序、响应防爆计算机参数巡检子程序、参数定时巡检子程序、响应防爆计算机集中控制功能启动子程序、采煤机运行位置和运行方向确定子程序、采煤机附近液压支架运行状态判断子程序、集中控制发送跟机顺序移架子程序和集中控制发送推溜动作子程序的通信系统软件。人机交互软件包括:键盘和液晶显示子程序、参数查看和设置功能子程序、支架寻址功能子程序、工作面急停功能子程序、通信错误显示功能子程序和系统加密与密码修改功能子程序。在实验室对编写的上述程序进行编译和调试。结果表明:程序逻辑清晰、可移植性强,为端头控制系统的稳定运行提供了保障。在实验室的测试平台对端头控制器的硬件和功能进行了调试。调试结果表明:端头控制器具有较高的实时性,能够快速地采集液压支架的状态,准确地对液压支架进行远程控制和集中控制,为后续的推广和使用打下了良好的基础。