目前我国煤矿井下工作面的液压支架控制器大多采用进口设备，进口设备一般价格昂贵、维修不方便等问题。并且也不一定能够适合我国的地质情况。针对这个问题本文设计了一套基于16位单片机的液压支架控制器。本控制器体积小、功能丰富、价格便宜。在实际的运行时表现良好。能够很好的适应目前国家提出的无人值守工作面的发展方向。本控制器采用16位单片机作为主控芯片，配以外围的控制电路来实现功能。具有优秀的可定制的人机交互界面。

1 电液控制系统总体架构

如图1所示：是液压支架电液控制系统在整个井下控制系统中的位置，以及与地面监控主站的关系。首先由井下交换机以及主机和耦合器等实现了井下与井上的信息互联。工作面是采用直流电源给控制器供电的。控制器将传感器采集回来的信息处理分析做出对液压直接姿态的判断，然后通过控制部位的电液换向阀来控制液压支架做出相应的动作，来实现具体的液压支架控制。同时控制器还能够与控制器之间相互通信。由于工作面的液压支架比较多所以每个控制器负责控制3台液压支架，控制器与控制器之间通过RS485总线来实现信息的互通。最后通过CAN总线或者是以太网与地面的中控室实现信息交互[2]。

该发现对临床有3个方面的潜在意义。首先是帮助进一步认识相关疾病的发生机制。丘脑室旁核损害可能是嗜睡、昏迷等意识障碍疾病发生的潜在因素。如果人的丘脑室旁核过度兴奋就会失眠，过度抑制则会觉醒不良。这将有助于明确选择嗜睡、昏迷、失眠症等疾病的治疗方向。其次，是帮助鉴定麻醉药物的脑内位点。最后是在特殊情况下，通过采取一定的手段，可根据实际需要延长或缩短觉醒时长，提高或降低觉醒水平，让人类能真正把控自己的“睡与醒”。（来源：科技日报）

  

图1 电液控制系统总体架构

2 液压支架控制器总体设计

图2所示为液压支架控制器结构图。从图中可以看出整个控制结构分为两大部分。一部分是控制器，另一部分是被控部分。其中控制器包括主控系统的CPU、开关量的输入输出模块。这个模块主要是负责采集和控制外部急停信号、外部闭锁信号以及接近开关的信号等。A/D模块主要负责采集布置在液压支架上面的各种传感器的信号，包括模拟和数字量信号。光电隔离模块的作用主要是隔离电流以及电压脉冲，因为煤矿井下用电条件比较复杂，所以电能质量可能不是很好。通过光电隔离模块的隔离能够有效的保护CPU。外扩RAM主要负责存储大量的程序数据。键盘负责操作人机界面，通过人机界面可以实现显示、控制以及参数的修改等。JTAG接口是程序下载接口可以实现程序的下载和在线调试[3]。电源模块负责给整个系统供电，可以提供3.3V和5V 2种电压。

2.加强农村小学艺术课程教学师资队伍建设。农村小学艺术课程教学专业教师非常缺乏，这是制约农村小学艺术课程教学发展的瓶颈。

  

图2 支架控制器结构图

3 串口通信设计

河南省食品行业快速发展，食品科学与工程专业人才培养已经跟不上行业的发展速度，随着创新驱动发展、中国制造2025、互联网+、大众创业万众创新、“一带一路”等国家重大战略的实施，以及河南省六大国家战略落地，食品科学与工程专业的人才培养不论是从结构上、质量上、水平上都无法同国家战略对食品人才的需求匹配，无法满足经济结构调整、行业转型升级、产业提档换速的发展要求，存在人力资源供给和产业需求脱节现象[1]。人才供给和需求的矛盾，深刻地影响到食品行业内部的结构调整，进而影响到人民生活水平的提高和消费水平的升级，带来了毕业生就业难、就业质量差的问题。

  

图3 串口通信接口电路

CPU将信号传输给光电隔离模块，经过光电隔离后将3.3V信号转化为5V信号。然后输入到MAX485模块。经电平及规则转换后通过防高压保护模块传输出去。光电隔离模块的主要作用是防止电压或电流的高脉冲对主CPU的冲击，起到保护作用。

4 系统实现的功能

4.1 系统控制模式

4.2.1 液压支架姿态调整程序设计

（1）主控模式：由于工作面液压支架很多，每3台液压支架由1个控制器来控制，每个控制器还与其他控制器实现信息交互，当某一个控制器对应的液压支架需要操作时就把这个控制器设为主控模式。这时本台控制器就不会接受其他控制器发来的信息，紧急情况除外。

本文中采用的串行通信协议为RS485。RS485电路在硬件上是采用差分信号的方式来区别高低电平，通过这个性质就可能知道其具有一定的抗干扰能力，也就是说具有很高的抗共模干扰的能力。当信息传输的比特率小于100 kbps的时候最远的通信距离能够达到1000m以上。本文中在设计RS485通信模块时采用的芯片为MAX485。这时一款低功耗的通信芯片，每个芯片里包含了接收器和驱动器各一个，由于MAX485这款芯片的驱动器摆率是不受限制的，所以通信速率也是可以随时变化的，根据实际测量最大的数据通信速率能够达到2.5Mbps。芯片的工作电压时5V，额定工作电流是300 μA。MAX485采用的是半双工的通信方式，其关键功能就是将TTL电平转换为RS485电平[4]。具体的硬件电路如图3所示。

（3）空闲模式：当控制器处于这个模式下时，程序处于等待状态这个时候没有任何对液压支架的控制命令。这个时候人机界面显示默认的系统画面，等待其他控制器发来的控制命令或者是故障动作命令。

（2）从控模式：从字面意思我们也可以理解这个模式的主要任务就是接受其他控制器的控制来配合完成相关的支架控制动作。在这个模式下控制器不运行自己的控制逻辑，而是执行其他控制器的命令。只有在故障的出现才能打断这个模式。

4.2.2 双向排序程序设计

4.2 液压支架功能

目前对于工程实践中比较合适的控制模式分为以下 4 种[5]：

  

图4 液压支架升柱流程

工作面有很多液压支架，而为了实现相互之间的连锁控制就必须将所有的液压支架进行排序，也就是变相的给每个液压支架取一个名字代号。当每个液压支架有自己的代号或者是编号时，液压支架的端头控制器或者是集控室的计算机就可以准确的定位和识别每一台液压支架。也就方便的对任意一台进行精确的控制，从而为无人值守工作面打下了基础。同时每台液压支架的编号并不是一成不变的，随着割煤工艺的变化编号也是可以适当的做出调整的。

为了准确的判断出液压支架的姿态，分别在液压支架的顶部和底部安装了相应的陀螺仪，通过陀螺仪测量的角度数据就可以判断此时液压支架的姿态。根据现场实际测量总结出液压支架的最佳姿势是俯仰角满足的时候。所以在具体姿态的控制时可以利用顶部和底部陀螺仪测量的角度数据来计算角度差进行精确控制。

（4）闭锁模式：当控制器进入到这个模式的时候控制器就会立刻将液压支架的所有正在执行的动作停止，从执行到故障完全排除这段时间控制器将不会执行任何一条自我指令或者是其他控制器传来的控制命令。一般闭锁命令的用途就是当发生故障或者是维修人员在维修设备时防止液压支架动作的模式。

  

图5 液压支架双向排序流程

由于矿井环境比较复杂，工作面顶部和底部的地质条件在不断的发生变化，所以在液压支架向前移动的时候可能会导致自身姿态以及位置发生变化没有按预定的方向移动，这就可能导致工作面顶部的岩石掉落或者是损坏周围的液压支架。一般情况下液压支架的姿势调整需要经过2个过程，首先是升柱，其次是液压支架顶梁寻找平衡点的调整过程。其中具体的升柱程序流程如图4所示。首先是升柱，当液压支架压力传感器传回来的压力数据达到初始的支撑力后，就应该停止升柱。说明这时液压支架的顶端已经和工作面的顶部接触并产生了一定的压力。

由于矿井容易发生事故，而最频繁发生的就是短点事故，当液压工作面突然断电后为了不造成编号数据的丢失需要控制器具有断电数据保护功能。本控制器采用外接数据存储器，随时将更新的数据存储到外部的存储器中。即使断电数据也不会丢失。具体的程序流程如图5所示。

使用Stata 11.0软件对所提取的资料信息进行Meta‐分析。本研究的结局指标为二分类变量，以比值比（OR）及其95%置信区间（95%CI）作为合并效应量。采用Q检验及I2检验对所纳入研究的异质性进行检验，如果P≤0.10或I2＞50%时，表明研究间异质性较大，将采用随机效应模型进行结局指标效应值的合并分析；反之则采用固定效应模型进行合并分析。采用漏斗图定性判断发表偏倚并采用Egger's检验定量判断发表偏倚，P＜0.05时，表明存在发表偏倚。

液压支架在重新上电后的数据读取过程如图6所示：

现场试验流程如图6所示，本次试验设计处理量为100 m3/d，水处理设备保持24 h稳定运行，累计试验20天。试验过程中，根据出水水质情况，每隔8～10 h对两级过滤器反洗一次。按照回注水指标要求，主要对处理流程进、出水油含量、悬浮物含量、粒径中值3个指标进行检测，水质检测方法及标准参照SY/T 5329-2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》。

  

图6 上电数据初始化程序

5 结语

本文介绍了一种液压支架控制器设计方案，首先介绍了这个控制器在煤矿井下控制系统中的位置，接下来介绍了具体的控制器结构组成，包括主控CPU以及外围电路的搭建。接下来介绍了其中用到的一种通信方式。最后介绍了具体的控制模式和控制功能。该控制器在试验间断能够稳定高效的实现单独控制和联合控制，所涉及的功能都能够按预定程序执行，为以后的商业应用打下了坚实的理论基础。

参考文献

[1]战秋英.综采液压支架电液控制系统设计与研究[J].淮南职业技术学院学报，2013（1）：11-14.

[2]伍小杰，程尧，崔建民，等.液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术，2011（4）：106-109.

[3]侯志伟.液压支架电液控制系统的设计[J].机床与液压，2010（14）：35-36.

[4]李磊，宋建成，田慕琴，等.基于DSP和R8485总线的液压支架电液控制通信系统的设计[J].煤炭学报，2010（4）：701-704.

[5]于月森，吴迪，杨刚，等.综采面液压支架电液控制系统井下主机的设计[J].煤炭科学技术，2009（8）：91-93.

[6]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）：1-3.