1、附录A 摘要：根据综采工作面实际工作情况，我们提出了采煤工作面液压支架和刨煤机两者运行关系的一个公式，并在此基础上，建立了工作面液压支架和刨煤机的自动化控制系统。我们介绍了采煤工作面液压支架控制的系统工作原理。我们归纳了本控制系统的三个参数：反应速度，可靠性和易维护性。同样，我们简要介绍了它的主控制器与附属控制器和由单总线实现的通信系统。我们实验室建造和测试了10个控制器。结果表明，该控制模型是可行的，符合实际情况。它为长壁工作面的液压支架计算机控制系统的设计提供了理论依据。关键词：长壁工作面,液压支架,参数,自动控制1. 引言在我国采高0.7-1.3米的薄煤层可开采的储量超过6亿吨，大约占我
2、国总储量的百分之十八。因为薄煤层采煤机结构的限制，0.8米是采煤机最低开采高度，而且，这么低的空间下采煤机也不便于工人操作和维护。因此，刨煤机成为薄煤层开采的主要设备。然而，薄煤层工作面空间狭小。虽然工人不需要在刨煤机后工作，但他们仍然需要操作液压支架系统。这不仅是一个安全隐患，而且移架的速度远未达到的刨煤机速度，严重制约着综采工作面效率和产出 2 。液压支架不仅是支护设备，但它也是综采工作面的一个重要设备。随着电子计算机和自动控制自动化技术的发展，采矿设备的不断改善，电液控制技术也将在液压支架上逐步应用。电液控制系统不仅可以自动控制液压支架的动作，而且还实现邻架控制或远程控制。因此，综采工作
3、面的自动化，完全无人化，完全可以会实现。所以，综采工作面的自动化成了应探讨的重要问题 3 。2. 液压支架自动化控制系统模型及刨煤机的约束参数2.1液压支架和刨煤机之间的制约关系 在刨煤机和采煤机是两个不同的采煤设备。同采煤机相比，刨煤机主要适用于薄煤层。其结构简单、截深小、牵引速度快。因此，我们将讨论不同于采煤机的刨煤机和液压支架之间的制约关系，我们假定下面的采煤工作面地质条件良好：硬度系数低于21，倾角小，薄煤层的顶板稳定。下列是为采煤工作面提供的机械设备：刨煤机，刮板链式输送机和液压支架。字母“ P ”代表刨煤机截割深度（100毫米）和“ q ”是液压支架的推移距离（600毫米）。上面列
4、出的是讨论刨煤机、液压支架和刮板链式输送机之间的制约关系所做的假设。图一表示的是刨煤机在工作面上利用往复运动采煤，两架液压支架在刨煤机后推移输送机，每个支架推移的距离是(mm)，每程是。刮板输送机沿着某一曲线弯曲。液压支架推动刮板输送机两次后达到切割深度p （毫米）。当刨煤机在工作面完成一次截割。刨煤机在工作面上开采时间后液压支架能推移刮板输送机半程的距离。此液压支架完成比其他没有推移的支架一半推移行程。图一上文提到的就是液压支架和刨煤机之间的制约因素。为了获得液压支架和刨煤机之间的制约关系，变量和函数的定义如下：1) 综采工作面液压支架数在从左至右依次为： 1 ， 2 ， 3 ， . ， (
5、n1), n;2) v：刨煤机速度，采煤速度; x：刨煤机采过距离，即从工作面左侧到刨煤机中心的距离（见图-1 ） 。刨煤机采过距离x转化为位移K可用液压支架数目来计算，这与刨煤机中心一致。假设t= ，且 = 0 ，其中V是速度的刨煤机（米/秒） ; b是两个相邻液压支架中心之间的距离（米） 。3) 方向是从左向右前进，反之亦然。刨煤机运动方向由变量y表示：4) 支架的动作定义为，可以表示单一动作，如升架，降架，移架和推动刮板输送机等等，它也可以代表由几个单一动作组成的联合动作，如降价，移架，升架，下脚标表示某个动作（i = 1 ， 2 ， 3 ） 。三种动作的符号的定义如下：f1： 动作1
6、（推移截深的一半）; f2： 动作2 （推移一个截深距离）; f3： 降架-移架-升架5) 定义的动作功能。当液压支架M执行动作，我们定义如下： M (4)其中，代号为“ ”是指操作。f1 K1:：支架K1 动作1 （推移截深的一半） ; f2 K2：支架K2 动作2 （推移一个截深） ; f3 ：支架降架-移架-升架这11个动作统一表示为：“ S ”的是刨煤机移动的距离（毫米）。当刨煤机在工作面往返采煤时液压支架首先执行动作f1和f2 ，动作执行完成半程后，执行动作f3。6) 相对距离，根据液压支架的数目，执行动作的液压支架Ki，刨煤机的中心K ，Ki=|KKi|。 Ki与刨煤机的中心有关（
7、当位置已知）。Ki对于工作面是一个常量。我们从图二和条件三和Ki的定义得到：从表达式(2)、(5)、(6)我们可以得到：表达式（8）是液压支架和刨煤机制约因素之间的数学关系。它表达液压支架间的动作的关系，和刨煤机行程，刨煤机运行方向。支架Ki 刨煤机中心的距离没有变化，当开采时液压支架分别对应不同的刨煤机运动距离x执行3个不同的动作 。图二2.2液压支架和刮板输送机之间的制约因素 每个液压支架推移千斤顶与刮板输送机相连，由推移千斤顶推移刮板输送机。刮板输送机按照一定的曲线减少在运动时弯曲点的磨损。刮板输送机要保持灵活以减少半程的牵引阻力。2.3液压支架自动化控制模型实际上，方程（7）及（8）是
8、支架位置自动化控制模型的表达式，其中刨煤机的行程（ x或K）作为一个变量。由液压支架数目计算（支架数目K相当于刨煤机中心）位移K当刨煤机来回往复可以变化。以与刨煤机中心一致的液压支架K为基准，一套支架相对支架K的位置不会改变。把i，y带入公式（8）,自动控模型可以描述为：1 ）当刨煤机向右运动时，液压支架K - K1移动1 / P的行程，支架K - K2移动2 / P的行程;液压支架K-执行降架-移架-升架（在这一点上，支架完成了行程的一半） 。2 ）当刨煤机向左运动时，支架K+K1移动1 / P的行程;支架K+K2移动2 / P的行程;支架K+执行降架-移架-升架（在这一点上，支架完成了行程
9、的一半） 。K是由按键操作的液压支架的数目; K1 -是距正在执行动作的支架到支架K的距离 5-9 3. 系统的原理结构如图-3所示，每个液压支架都由附属控制器控制和形成一套电液控制附属系统。 COM端口的主要控制器及所有附属控制器连接到一个通信总线，它构成了综采工作面液压支架微机电系统 5 。图三1）系统的响应速度迅速：主控制器和附属控制器之间的通信，或中下级控制器是直接的，因为COM端口的主控制器和任何附属控制器都连接到单总线，因此从属控制器之间的响应速度迅速。2 ）快速系统的可靠性：在一个单总线通信系统，如果主控制器或下级控制器故障整个系统将不会受到影响仍能够正常工作。除非控制器遭破坏，
10、主控制器或下级控制器才受到影响，这种情况很少发生。单一通信总线系统是相当可靠的。3）系统维护：关掉电源后的主控制器或从属控制器的维修就可以执行了，附属控制器液压系统的可以维修和部件可以被替换。这种维修不影响系统正常工作，系统维护方便。4. 主控制器和附属控制器的功能和系统通信每台液压支架配备的附属控制器是电液控制系统的核心。附属控制器监测记录所在液压支架数据，如支架的动作等，翻译和编辑这些数据，并对支架发送控制命令 3 。综采工作面COM端口的主控制器和所有附属控制器连接到通信总线，可实现统一管理，并建立系统的控制参数。 该系统已通过单总线，连接不同的附属控制器到网络。附属控制器从单一总线发送
11、和接收控制信号监测和控制所在液压支架的动作和之间实现控制。综采工作面主控制器初始化系统和设置参数，并从单一总线收集信号实现集中检查和系统的距离显示。5.结论 在这项研究中，我们已经提出了液压支架和刨煤机之间运行制约因素的一个数学表达式。我们建立了一个液压支架的自动控制模型并介绍了电液控制系统的基本原理，以及主控制器及附属控制器的功能。我们在实验室建造了十套从属控制器，实验表明，该控制模型符合实际要求。附录BMathematical model of electric hydraulic and powered support control system at a plough mining
12、faceZHANG Wei, HAN Xiao, SUN Jing-jingSchool of Mechanical Electronic and Information Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing 100083, ChinaAbstract: Given the actual working of a fully mechanized plough at a mining face, we have proposed a formula for running constraints betwee
13、n powered supports and a coal plough under assumed geological conditions of the coal face and, on this basis, established an automatic control model of powered supports for the coal plough face. We introduced the working principle of the powered support control system of the plough at the mining fac
14、e. We established three advanced characteristics of this control system: response speed, reliability and easy maintenance of the system. .As well, we briefly introduced, the principal function of primary and subordinate controllers and the realization of the communication system by a Single Bus. Ten
15、 controllers were constructed and tested in our laboratorium. The results show that the control model is practical and meets actual conditions. It provides a theoretical basis for designing a computer control system for a powered support system of a plough at a mining face. Key words: plough mining face; powered supports; constraints; automatic control model1 Introduction More than six billion tonnes of thin seam mineable reserves with a shearing height of 0.71.3 m, are available in China, which is about 18 percent of the total reserves of our country. With a thin seam she
