液压支架电液控制系统是综采工作面实现少人化、无人化目标的关键，其智能化水平直接决定了煤矿智能化程度。当前，液压支架电液控制系统主要由集控计算机、端头控制器、支架控制器、防爆电源和各类状态感知传感器等组成。其中，端头控制器作为电液控制系统的“中间环节”，起着承上启下的作用，其智能化程度对实现综采工作面自动化生产有着非常重要的现实意义。虽然目前国内开发的电液控制技术与发达国家相比差距越来越小，但在满足智能化生产技术要求方面，还存在通信速率低、响应不及时和可靠性差等问题。为了解决上述问题，本文开发了一种基于 32位处理器的液压支架电液控制系统端头控制器，设计了工业以太网和 CAN总线相结合的端头控制器通信模式，并设计了端头控制器的参数巡检、参数修改、在线升级和跟机自动控制功能。 

       1）电液控制系统总体结构。智能化综采工作面液压支架电液控制系统一般由集控计算机、端头控制器和支架控制器3个部分组成。端头控制器是连接集控计算机和支架控制器的“桥梁”，能够实现电液控制系统网络管理，对支架控制器参数进行监测，实现工作面数据上传下达和集中发布，同时也是综采工作面液压支架实现跟机自动控制的“直接指挥者”。综采工作面一般有180～230台支架控制器，为了保证端头控制器能够实时、准确地接收支架控制器的相关数据，同时避免集控计算机出现通信接口种类繁杂、协议不统一的现象，设计了一种工业以太网和CAN总线相结合的端头控制器通信方案。

       2）端头控制器硬件组成。端头控制器主要由CPU、通信单元、人机交互单元和储存单元组成。

       3）端头控制器功能设计。根据智能化综采工作面具有智能感知、智能决策和自动控制的技术要求，设计了端头控制器的参数巡检、参数修改、在线升级和跟机自动控制等功能，并将实时巡检的数据经过整理后发送给集控计算机，为实现综采工作面数据分析和智能处理提供支撑。

       为了保证巡检数据的实时性、可靠性和安全性，利用CAN总线的多主模式设计了端头控制器参数巡检方案。端头控制器响应集控计算机巡检指令并根据控制任务自主发出巡检指令。当端头控制器通过CAN总线下发巡检指令时，收到命令的支架控制器将采集到的状态信息通过CAN总线发送给端头控制器，端头控制器接收到巡检信息并进行加工处理后再发送给集控计算机。为了实现液压支架智能控制，端头控制器对巡检数据进行标准化整理。按照基于位号的数据编码标准对巡检数据进行编码。

       考虑煤矿综采工作面支架控制器的数量较多，设计了一种基于CAN 总线的参数批量修改方案，即端头控制器将设置好的参数以广播的形式发送给支架控制器，从而完成整个综采工作面支架控制器的参数更新。

       采用IAP（在应用编程） 方式对电液控制器程序进行升级。为了实现IAP功能，用户在烧写程序时将Bootloader 程序和APP程序同时烧写在User Flash中。增加SRAM程序存储环节，即在升级过程中，控制器将接收到的新程序先存储在自身SRAM中，经校验无误后再更新自身程序。

       针对现有跟机自动控制功能可靠性差、智能化程度低、液压支架动作执行情况监测不及时等问题，提出一种基于ARM处理器的液压支架跟机自动控制方案

       在综采工作面“三机”实验平台上对端头控制器功能进行测试。结果表明：端头控制器从发出巡检指令到接收到实验平台27台支架控制器的数据共用时1.8 s，比使用RS485通信实现参数巡检快1.5 s。端头控制器发送的升级程序大小为38 KiB，传输时间为1.2 s。经过测试，综采工作面所有支架控制器从接收升级命令到一起升级成功用时4～6 s，达到了预期目标；端头控制器可根据采煤机位置控制相应液压支架做出正确动作，且满足实时性要求。

张晓海（1997—），男，山西大同人，硕士研究生，研究方向为矿用智能电器，E-mail：3116115716@qq.com。

张晓海，田慕琴，张敏龙，等. 智能工作面液压支架电液控制系统端头控制器设计[J]. 工矿自动化，2023，49（8）：30-36.

ZHANG  Xiaohai, TIAN  Muqin, ZHANG  Minlong, et  al. Design  of  end  controller  for  the  electrohydraulic  control  system  of  intelligent working face hydraulic support[J]. Journal of Mine Automation，2023，49（8）：30-36.