張曉海 田慕琴 張敏龍 宋建成 許春雨 聶鴻霖 楊永鍇

摘要：隨著無人值守智能化綜采工作面建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)的自動(dòng)化控制功能提出了更高的技術(shù)要求?；谀壳皣鴥?nèi)開發(fā)的電液控制技術(shù)在滿足智能化生產(chǎn)技術(shù)要求方面，存在通信速率低、響應(yīng)不及時(shí)和可靠性差等問題，開發(fā)了一種基于32位處理器的液壓支架電液控制系統(tǒng)端頭控制器，設(shè)計(jì)了基于工業(yè)以太網(wǎng)和 CAN 總線的端頭控制器通信架構(gòu)。根據(jù)無人值守智能化綜采工作面具有智能感知、智能決策和自動(dòng)控制的技術(shù)要求，在端頭控制器中設(shè)計(jì)了參數(shù)巡檢、參數(shù)修改、在線升級(jí)和跟機(jī)自動(dòng)控制功能。為了應(yīng)對(duì)智能化綜采工作面對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的要求，端頭控制器可以對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)按照基于位號(hào)的數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼。通過綜采工作面“三機(jī)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：端頭控制器從發(fā)出巡檢指令到接收到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)27臺(tái)支架控制器的數(shù)據(jù)，整個(gè)過程用時(shí)1.8 s，比使用 RS485通信實(shí)現(xiàn)參數(shù)巡檢快1.5 s；端頭控制器發(fā)送的升級(jí)程序大小為38 KiB，傳輸時(shí)間為1.2 s。經(jīng)過測(cè)試，綜采工作面所有支架控制器從接收升級(jí)命令到一起升級(jí)成功用時(shí)為4～6 s，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)；端頭控制器可以根據(jù)采煤機(jī)位置控制相應(yīng)液壓支架做出正確動(dòng)作，且能夠滿足實(shí)時(shí)性要求。

關(guān)鍵詞：端頭控制器；ARM 處理器；電液控制系統(tǒng)；液壓支架；智能化工作面

中圖分類號(hào)： TD355??? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Design of end controller for the electrohydraulic control system of intelligent working face hydraulic support

ZHANG Xiaohai1，2， TIAN Muqin1，2， ZHANG Minlong3， SONG Jiancheng1，2，XU Chunyu1，2， NIE Honglin1，2， YANG Yongkai1，2

（1. National and Provincial Joint Engineering Laboratory of Mining Intelligent Electrical Apparatus Technology，Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China；2. Shanxi Key Laboratory of Mining Electrical Equipmentand Intelligent Control， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， China；3. Shanxi Jincheng AnthraciteMining Group Jinding Mining and Machinery Co.， Ltd.， Jincheng 048006， China）

Abstract： With the continuous promotion of the construction of unmanned automated fully intelligent mechanized working faces， higher technical requirements have been put forward for the automation control function of the hydraulic support electrohydraulic control system. The electrohydraulic control technology developed in China has problems such as low communication speed， delayed response， and poor reliability in meeting the requirements of intelligent production technology. An end controller for the electrohydraulic control system of hydraulic support based on a 32-bit processor has been developed. A communication architecture of the end controller based on industrial Ethernet and CAN bus has been designed. According to the technicalrequirements of intelligent perception， intelligent decision-making， and automatic control for unmanned intelligent mechanized working faces， parameter inspection， parameter modification， online upgrade， and control functions of automatic follow-up have been designed in the end controller. In order to meet the requirements of standardization and normalization of data in the hydraulic support electrohydraulic control system in intelligent fully mechanized working faces， the end controller can encode the data generated by the hydraulic support electrohydraulic control system according to the data encoding standard based on tag numbers. Through the experiment on the "three machines" experimental platform of fully mechanized working faces， the results show the following points. The entire process from issuing inspection instructions to receiving data from 27 support controllers on the experimental platform takes 1.8 s for the end controller. It is 1.5 s faster than using RS485 communication to achieve parameter inspection. The size of the upgrade program sent by the end controller is 38 KiB and the transmission time is 1.2 s. After testing， it takes 4-6 s for all support controllers in the fully mechanized working face to receive the upgrade command and successfully upgrade together， achieving the expected goal. The end controller can control the corresponding hydraulic support to make correct actions based on the position of the shearer. It can meet real-time requirements.

Key words： end controller; ARM processor; electrohydraulic control system; hydraulic support; intelligent working face

0 引言

煤炭占據(jù)我國一次能源的主導(dǎo)地位[1]。為推進(jìn)煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等八部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，對(duì)我國煤礦智能化發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。液壓支架電液控制系統(tǒng)是綜采工作面實(shí)現(xiàn)少人化、無人化目標(biāo)的關(guān)鍵，其智能化水平直接決定了煤礦智能化程度[2-4]。當(dāng)前，液壓支架電液控制系統(tǒng)主要由集控計(jì)算機(jī)、端頭控制器、支架控制器、防爆電源和各類狀態(tài)感知傳感器等組成[5]。其中，端頭控制器作為電液控制系統(tǒng)的“中間環(huán)節(jié)”，起著承上啟下的作用，其智能化程度對(duì)實(shí)現(xiàn)綜采工作面自動(dòng)化生產(chǎn)有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義：一方面端頭控制器需要具備可靠的通信能力，能夠與其他設(shè)備、系統(tǒng)或云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)同控制；另一方面端頭控制器能夠?qū)崟r(shí)接收和處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，為智能化決策和控制提供數(shù)據(jù)保障。

由于液壓支架電液控制系統(tǒng)在綜采工作面的關(guān)鍵作用，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)[6]提出了一種基于雙 CAN 總線的液壓支架電液控制系統(tǒng) ， 旨在解決當(dāng)前薄煤層開采智能化程度低的問題。文獻(xiàn)[7]通過對(duì)支架時(shí)?空運(yùn)動(dòng)指標(biāo)分析，提出了液壓支架群組自組織協(xié)同控制方法，從而實(shí)現(xiàn)綜采工作面的智能開采。文獻(xiàn)[8-9]通過分析實(shí)現(xiàn)智能開采面臨的關(guān)鍵難題，提出了液壓支架護(hù)幫板精準(zhǔn)控制及快速跟機(jī)技術(shù)、液壓支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)和上竄下滑控制技術(shù)等。雖然目前國內(nèi)開發(fā)的電液控制技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比差距越來越小，但在滿足智能化生產(chǎn)技術(shù)要求方面，還存在通信速率低、響應(yīng)不及時(shí)和可靠性差等問題[10]，阻礙著智能化綜采工作面建設(shè)的步伐。

為了解決上述問題，本文開發(fā)了一種基于32位處理器的液壓支架電液控制系統(tǒng)端頭控制器，設(shè)計(jì)了工業(yè)以太網(wǎng)和 CAN 總線相結(jié)合的端頭控制器通信模式，并設(shè)計(jì)了端頭控制器的參數(shù)巡檢、參數(shù)修改、在線升級(jí)和跟機(jī)自動(dòng)控制功能。

1 電液控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能化綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)一般由集控計(jì)算機(jī)、端頭控制器和支架控制器3個(gè)部分組成[11]，如圖1所示。集控計(jì)算機(jī)用于監(jiān)控（監(jiān)測(cè)液壓支架工作狀態(tài)）、管理（工作面頂板壓力數(shù)據(jù)預(yù)處理、工作面設(shè)備能源管理和節(jié)能優(yōu)化）和控制綜采工作面設(shè)備（刮板輸送機(jī)校直計(jì)算、采煤機(jī)高精度定位和煤礦井下人員識(shí)別等）；支架控制器用于控制液壓支架動(dòng)作（鄰架單動(dòng)作控制、成組動(dòng)作控制等）、采集狀態(tài)傳感器數(shù)據(jù)和對(duì)工作面通信故障進(jìn)行診斷等；端頭控制器是連接集控計(jì)算機(jī)和支架控制器的“橋梁”，能夠?qū)崿F(xiàn)電液控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理，對(duì)支架控制器參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)工作面數(shù)據(jù)上傳下達(dá)和集中發(fā)布，同時(shí)也是綜采工作面液壓支架實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)控制的“直接指揮者”。綜采工作面一般有180～230臺(tái)支架控制器，為了保證端頭控制器能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地接收支架控制器的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)避免集控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)通信接口種類繁雜、協(xié)議不統(tǒng)一的現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)了一種工業(yè)以太網(wǎng)和 CAN 總線相結(jié)合的端頭控制器通信方案。

2 端頭控制器硬件組成

根據(jù)智能化綜采工作面自動(dòng)化控制的技術(shù)要求，本文設(shè)計(jì)的端頭控制器主要由 CPU、通信單元、人機(jī)交互單元和儲(chǔ)存單元組成，如圖2所示。

考慮到智能化綜采工作面狀態(tài)信息量大、采集速率高、傳輸速度快等特點(diǎn)，端頭控制器 CPU 選用32位 ARM 處理器。通信單元包含了2路 CAN 通信接口，1路 RS485通信接口和1路以太網(wǎng)通信接口，用于與集控計(jì)算機(jī)和支架控制器進(jìn)行通信。存儲(chǔ)單元選用8 MiB 的 SRAM，用于儲(chǔ)存巡檢數(shù)據(jù)和升級(jí)程序等。人機(jī)交互單元包含鍵盤單元、顯示單元和聲光報(bào)警單元：鍵盤單元設(shè)計(jì)了20個(gè)按鍵，用于輸入控制指令和修改參數(shù)等；顯示單元選用4英寸顯示屏，用于顯示工作面狀態(tài)信息；聲光報(bào)警單元由蜂鳴器和報(bào)警燈組成，用于在綜采工作面出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)報(bào)警。

3 端頭控制器功能設(shè)計(jì)

智能化綜采工作面是以提高生產(chǎn)率為目的，以將工人從井下危險(xiǎn)、繁重的作業(yè)環(huán)境中解放出來為目標(biāo)，在自動(dòng)控制基礎(chǔ)上結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算等，實(shí)現(xiàn)綜采工作面設(shè)備的自主、最優(yōu)控制[12-15]。本文根據(jù)智能化綜采工作面特點(diǎn)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了端頭控制器的參數(shù)巡檢、參數(shù)修改、在線升級(jí)和跟機(jī)自動(dòng)控制等功能，并將實(shí)時(shí)巡檢的數(shù)據(jù)經(jīng)過整理后發(fā)送給集控計(jì)算機(jī)，為實(shí)現(xiàn)綜采工作面數(shù)據(jù)分析和智能處理提供支撐。

3.1 參數(shù)巡檢

對(duì)綜采工作面液壓支架和采煤機(jī)狀態(tài)的全面感知是檢驗(yàn)綜采工作面智能化水平的關(guān)鍵，地面監(jiān)控中心可通過端頭控制器的參數(shù)巡檢功能實(shí)時(shí)了解綜采工作面液壓支架工作狀態(tài)和采煤機(jī)位置。為了保證巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可靠性和安全性，本文利用 CAN 總線的多主模式設(shè)計(jì)了端頭控制器參數(shù)巡檢方案，如圖3所示。端頭控制器會(huì)響應(yīng)集控計(jì)算機(jī)巡檢指令并根據(jù)控制任務(wù)自主發(fā)出巡檢指令。當(dāng)端頭控制器通過 CAN 總線下發(fā)巡檢指令時(shí)，收到命令的支架控制器會(huì)將采集到的狀態(tài)信息通過 CAN 總線發(fā)送給端頭控制器，端頭控制器接收到巡檢信息并進(jìn)行加工處理后再發(fā)送給集控計(jì)算機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)液壓支架智能控制，端頭控制器對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整理。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化是各系統(tǒng)之間相關(guān)信息貫通、共享的基礎(chǔ)，也是智能化煤礦進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析的前提。按照基于位號(hào)的數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)（圖4）對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼[16]。其中，主項(xiàng)編碼用于確定系統(tǒng)所處的位置，由煤層號(hào)、區(qū)域號(hào)和地點(diǎn)號(hào)3個(gè)部分組成。

3.2 參數(shù)修改

由于不同煤礦綜采工作面工況不同、環(huán)境不同，使得采煤工藝也不盡相同。為了使液壓支架電液控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，支架控制器參數(shù)[17]必須可以靈活調(diào)整。由于煤礦綜采工作面支架控制器的數(shù)量較多，如果每臺(tái)支架控制器單獨(dú)設(shè)置參數(shù)，不僅工作量大，而且容易出錯(cuò)。為了解決上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于 CAN 總線的參數(shù)批量修改方案，即端頭控制器將設(shè)置好的參數(shù)以廣播的形式發(fā)送給支架控制器，從而完成整個(gè)綜采工作面支架控制器的參數(shù)更新，具體實(shí)現(xiàn)流程如圖5所示。

端頭控制器還可以配合集控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)支架控制器的參數(shù)修改。當(dāng)集控計(jì)算機(jī)要修改支架控制器的參數(shù)時(shí)，會(huì)先將修改的數(shù)據(jù)發(fā)送給端頭控制器，再由端頭控制器統(tǒng)一下發(fā)給支架控制器。參數(shù)修改功能不僅降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，還大幅提高了支架控制器的維護(hù)效率。

3.3 控制器程序在線升級(jí)

由于綜采工作面智能化程度要求不一，自動(dòng)化水平不同，采煤工藝要求不同，需對(duì)控制器程序進(jìn)行相應(yīng)修改，即在線升級(jí)。由于煤礦井下環(huán)境特殊，控制器不能搬到地面進(jìn)行升級(jí)，更不能通過打開外殼接入仿真器的方式進(jìn)行程序升級(jí)，所以，需通過網(wǎng)絡(luò)形式對(duì)支架控制器的程序進(jìn)行在線升級(jí)。常見的在線編程方式有 ISP（Internet Service Provider，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供商）和 IAP（In Application Programming，在應(yīng)用編程）2種。雖然 ISP 程序較簡單，也不需要增加引導(dǎo)程序，但 ISP 在編程時(shí)需要打開控制器外殼進(jìn)行編程操作；IAP 的特點(diǎn)是用戶程序在運(yùn)行中自我更新，可在保證控制器密閉的前提下通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)在線升級(jí)。

因此，本文采用 IAP 方式對(duì)電液控制器程序進(jìn)行升級(jí)。為了實(shí)現(xiàn) IAP 功能，用戶在燒寫程序時(shí)將 Bootloader 程序和 APP 程序同時(shí)燒寫在 User Flash 中。當(dāng)芯片上電后，首先從 Bootloader 程序開始運(yùn)行，Bootloader 程序的功能是判斷是否需要更新 APP 程序，若是則執(zhí)行更新操作，否則跳轉(zhuǎn)到 APP 程序開始執(zhí)行[18]。為了避免在升級(jí)過程中由于數(shù)據(jù)量大、傳輸時(shí)間長出現(xiàn)新程序傳輸失敗而舊程序被擦除導(dǎo)致控制器無法使用的情況，本文增加了 SRAM 程序儲(chǔ)存環(huán)節(jié)，即在升級(jí)過程中，控制器將接收到的新程序先存儲(chǔ)在自身 SRAM 中，經(jīng)校驗(yàn)無誤后再更新自身程序。

在電液控制系統(tǒng)中，集控計(jì)算機(jī)要將更新的程序轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制碼的形式，通過工業(yè)以太網(wǎng)將更新的程序發(fā)送給端頭控制器。當(dāng)端頭控制器接收到新程序時(shí)會(huì)將其儲(chǔ)存在自身的 SRAM 中，接著識(shí)別是否是自身的更新程序，若是，則完成自身程序更新，否則將更新的程序通過 CAN 總線以廣播的形式發(fā)送給綜采工作面各支架控制器 ， 完成支架控制器程

3.4 跟機(jī)自動(dòng)控制

跟機(jī)自動(dòng)控制是綜采工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采煤的必要手段，也是工作面實(shí)現(xiàn)智能化的核心技術(shù)支撐。液壓支架跟機(jī)自動(dòng)控制是端頭控制器依據(jù)采煤機(jī)位置，按照既定的采煤工藝向各液壓支架控制器發(fā)出動(dòng)作指令，從而實(shí)現(xiàn)綜采工作面液壓支架的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。針對(duì)現(xiàn)有的跟機(jī)自動(dòng)控制功能可靠性差、智能化程度低、液壓支架動(dòng)作執(zhí)行情況監(jiān)測(cè)不及時(shí)等問題[19-21]，本文提出了一種基于 ARM 處理器的液壓支架跟機(jī)自動(dòng)控制方案。

3.4.1 跟機(jī)自動(dòng)控制功能設(shè)計(jì)

液壓支架跟機(jī)自動(dòng)控制設(shè)計(jì)方案如圖7所示。假設(shè)綜采工作面有200臺(tái)液壓支架，每一臺(tái)液壓支架配有1臺(tái)支架控制器，整個(gè)綜采工作面配有1臺(tái)端頭控制器。端頭控制器通過巡檢獲得采煤機(jī)位置和液壓支架狀態(tài)。在進(jìn)行跟機(jī)自動(dòng)控制時(shí)，端頭控制器會(huì)根據(jù)巡檢參數(shù)確定采煤機(jī)所處的生產(chǎn)工藝段，按照既定的采煤工藝向支架控制器發(fā)送指令，操作對(duì)應(yīng)的液壓支架執(zhí)行推溜、提底、順序移架和噴霧等動(dòng)作。在跟機(jī)自動(dòng)控制過程中端頭控制器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)作執(zhí)行狀況，并及時(shí)調(diào)整執(zhí)行不到位的液壓支架。

3.4.2 跟機(jī)自動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)前我國綜采工作面割煤方式主要分為單向割煤和雙向割煤。本文以單向割煤為例，介紹跟機(jī)自動(dòng)控制功能的實(shí)現(xiàn)過程，如圖8?圖10所示。首先定義采煤機(jī)從右至左的移動(dòng)方向?yàn)檎蚋蠲?，?dāng)采煤機(jī)正向割煤至17號(hào)支架時(shí)，距離采煤機(jī)6臺(tái)支架長度的3臺(tái)支架同時(shí)進(jìn)行收伸護(hù)幫，采煤機(jī)后方7號(hào)支架依次執(zhí)行降柱?提底?移架?升柱動(dòng)作，滾筒附近的支架執(zhí)行噴霧動(dòng)作。當(dāng)采煤機(jī)正向割煤至工作面尾部后，采煤機(jī)反向空刀返回。當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行至18號(hào)支架時(shí)，31?40號(hào)液壓支架進(jìn)行推溜，行成刮板輸送機(jī)彎曲段，推溜行程依次為 h（10?n）/10 m，（n=0，1，…，9；h 為采煤機(jī)截深，取0.6 m），并且距離采煤機(jī)6臺(tái)支架長度的3臺(tái)支架同時(shí)進(jìn)行收伸護(hù)幫。當(dāng)采煤機(jī)完成反向割三角煤并行至綜采工作面最右端后，采煤機(jī)開始正向割煤，斜切進(jìn)刀，進(jìn)刀區(qū)域?yàn)橥屏飶澢翁?。進(jìn)刀完畢后采煤機(jī)正常割煤，相關(guān)液壓支架按照正向割煤流程開始執(zhí)行追機(jī)拉架、收伸護(hù)幫和噴霧動(dòng)作，開始下一個(gè)循環(huán)。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的端頭控制器的可靠性和穩(wěn)定性，本文在綜采工作面“三機(jī)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)端頭控制器的功能進(jìn)行了測(cè)試。綜采工作面“三機(jī)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是根據(jù)實(shí)際綜采工作面地質(zhì)條件、綜采工藝要求、“三機(jī)”工作原理及相互配合關(guān)系建立的縮小型“三機(jī)”模型，包括 1 臺(tái)采煤機(jī)、27 臺(tái)液壓支架、液壓泵站、刮板輸送機(jī)、煤層頂板和底板。

4.1 參數(shù)巡檢功能測(cè)試

當(dāng)端頭控制器向“三機(jī)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的支架控制器發(fā)出巡檢指令后，支架控制器通過 CAN 總線將狀態(tài)信息發(fā)送給端頭控制器，端頭控制器接收信息后發(fā)送給集控計(jì)算機(jī)并完成顯示，如圖 11 所示。端頭控制器從發(fā)出巡檢指令到接收到實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 27 臺(tái)支架控制器的數(shù)據(jù)，整個(gè)過程用時(shí) 1.8 s，比使用 RS485通信實(shí)現(xiàn)參數(shù)巡檢快 1.5 s。

4.2 參數(shù)修改功能測(cè)試

目前支架控制器一般需要設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)壓參數(shù)、成組參數(shù)、鄰架操作參數(shù)、單架傳參數(shù)、跟機(jī)自動(dòng)控制參數(shù)和保護(hù)預(yù)警參數(shù)等。端頭控制器通過總線將參數(shù)修改命令和參數(shù)值發(fā)送給支架控制器，支架控制器識(shí)別后完成自身參數(shù)更新，更新的參數(shù)存放在自身的 Flash 里。本文以修改鄰架操作參數(shù)為例說明修改效果，修改前后的鄰架操作參數(shù)如圖12、圖13 所示。

4.3 控制程序在線升級(jí)功能測(cè)試

將 CAN 分析儀接入到液壓支架電液控制系統(tǒng) CAN 總線上，當(dāng)端頭控制器向支架控制器發(fā)送升級(jí)程序時(shí)，CAN 分析儀也會(huì)接收到端頭控制器發(fā)送的內(nèi)容，如圖14所示。端頭控制器發(fā)送的升級(jí)程序大小為38 KiB，傳輸時(shí)間為1.2 s。經(jīng)過測(cè)試，綜采工作面所有支架控制器從接收升級(jí)命令到一起升級(jí)成功用時(shí)為4～6 s，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4.4 跟機(jī)自動(dòng)控制功能測(cè)試

本文測(cè)試的跟機(jī)自動(dòng)控制功能是在單向割煤工藝下，采煤機(jī)從綜采工作面右端進(jìn)刀，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行至設(shè)定距離時(shí)，后方的液壓支架開始執(zhí)行降柱?提底?移架?升柱動(dòng)作，當(dāng)采煤機(jī)空刀返回時(shí)，最左端的液壓支架才開始推溜。跟機(jī)自動(dòng)控制功能測(cè)試如圖15所示。端頭控制器可根據(jù)采煤機(jī)位置控制相應(yīng)液壓支架做出正確動(dòng)作，且能夠滿足實(shí)時(shí)性要求。

5 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了基于工業(yè)以太網(wǎng)和 CAN 總線的通信架構(gòu)。端頭控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)與集控計(jì)算機(jī)通信，通過 CAN 總線與綜采工作面所有的支架控制器通信。該通信模式通信能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好，能夠?yàn)橹悄芑C采工作面實(shí)現(xiàn)智能數(shù)據(jù)分析提供技術(shù)保障。

2）根據(jù)智能化無人值守綜采工作面自動(dòng)化控制技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了端頭控制器的參數(shù)巡檢、參數(shù)修改、在線升級(jí)和跟機(jī)自動(dòng)控制功能，端頭控制器還可對(duì)電液控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)綜采工作面數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化管理。

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：端頭控制器從發(fā)出巡檢指令到接收到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)27臺(tái)支架控制器的數(shù)據(jù)，整個(gè)過程用時(shí)1.8 s，比使用 RS485通信實(shí)現(xiàn)參數(shù)巡檢快 1.5 s；端頭控制器發(fā)送的升級(jí)程序大小為38 KiB，傳輸時(shí)間為1.2 s。經(jīng)過測(cè)試，綜采工作面所有支架控制器從接收升級(jí)命令到一起升級(jí)成功用時(shí)為4～6 s，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)；端頭控制器可根據(jù)采煤機(jī)位置控制相應(yīng)液壓支架做出正確動(dòng)作，且能夠滿足實(shí)時(shí)性要求。

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