基于DSP的電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)應(yīng)用研究

李義

山西焦煤霍州煤電木瓜煤礦 山西 呂梁 033000

鑒于目前我國(guó)采用的傳統(tǒng)PLC為核心的電牽引采煤機(jī)控制系統(tǒng)存在可靠性差，故障率高，維護(hù)困難，維護(hù)成本高等問(wèn)題。為提高電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性、擴(kuò)展性及運(yùn)算處理能力，本文為了提升采煤機(jī)電控系統(tǒng)運(yùn)行效率，以鎮(zhèn)城底礦綜采工作面采用的MG132/320-W型電牽引采煤機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)傳統(tǒng)的采煤機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了以DSP為核心的電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)，為采煤機(jī)優(yōu)化改造研究提供了參考與借鑒。

1 電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)

電牽引采煤機(jī)是綜采工作面的重要機(jī)械設(shè)備，主要由電氣、液壓、機(jī)械等多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成，其中電氣控制系統(tǒng)是采煤機(jī)控制及保護(hù)的基礎(chǔ)，本文的研究對(duì)象為鎮(zhèn)城底礦MG132/320-W型采煤機(jī)，采煤機(jī)的牽引部分分別由左右兩個(gè)牽引部組合而成，在運(yùn)行過(guò)程中避免出現(xiàn)一帶一的情況，講一個(gè)變頻器作為主變頻器，主控制器接收到外部的信號(hào)后將載荷平均分配至兩個(gè)牽引部，從而使得電機(jī)負(fù)載相同。截割部是由大功率電機(jī)組成，通過(guò)控制器控制實(shí)現(xiàn)液控回路的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾筒的控制。狀態(tài)監(jiān)控錫系統(tǒng)通過(guò)對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行信號(hào)進(jìn)行收集和檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)故障及工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[1]。根據(jù)對(duì)MG132/320-W型電牽引采煤機(jī)控制系統(tǒng)的分析，確定基于DSP的采煤機(jī)電控錫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)電控系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 采煤機(jī)電控系統(tǒng)框架圖

圖2 主控制器循環(huán)流程圖

由圖1分析可知，基于DSP的采煤機(jī)電控系統(tǒng)的工作原理為：系統(tǒng)主控模塊為DSP控制器；數(shù)值量是經(jīng)過(guò)光電隔離后的DSP及CPLD輸入、輸出模塊，模塊的接收接口主要是收集控制命令及數(shù)值監(jiān)控信號(hào)，模塊輸出接口連接采煤機(jī)截割電機(jī)、搖臂，接收到數(shù)字量信號(hào)后經(jīng)過(guò)中央處理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分離、處理，再經(jīng)過(guò)輸出端實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割部自動(dòng)控制；系統(tǒng)的通訊接口分為RS-232總線接口、CAN總線接口及RS-485接口；顯示模塊通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)觸摸屏與DSP的信息交換；遠(yuǎn)程控制單元通過(guò)CAN總線連接DSP控制器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制[2]。

電牽引采煤機(jī)的遙控采用FYF30礦用本安型遙控，這是一款專(zhuān)為煤礦開(kāi)采設(shè)計(jì)的控制器，F(xiàn)YF30礦用本安型遙控與輸入接口模塊連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)總停、牽停、右牽、左牽、上升、下降、破降、破升的控制?？刂破鞯淖畲筝斎腚娏鳛?00mA，電源電壓為12V，為了保障遙控的安全，串聯(lián)IK的電阻。

對(duì)采煤機(jī)主控模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先選定用于數(shù)字控制的DSP，同時(shí)采用TSM320F2812芯片為主控系統(tǒng)的控制芯片，通過(guò)對(duì)F2812芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)擴(kuò)展，解決設(shè)備接口復(fù)雜的問(wèn)題。電牽引采煤機(jī)的接口模塊選定，考慮到采煤機(jī)控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，控制的數(shù)字量很大，所以選定CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)DSP的擴(kuò)展，CPLD進(jìn)行擴(kuò)展不僅能夠減小接口的體積，同時(shí)能夠有效提升接口對(duì)的抗震性能；顯示模塊選定為GOT1000顯示器，將電牽引采煤機(jī)的控制參數(shù)如溫度、速度、電流等顯示于屏幕中，通過(guò)觸屏軟件對(duì)觸屏界面內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)編輯，同時(shí)設(shè)置監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行及故障情況；對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電流、溫度、瓦斯等進(jìn)行檢測(cè)，分別選定不同的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)的控制模塊選定Quest 3D遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，通過(guò)采集卡將數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，同時(shí)通過(guò)DSP控制器進(jìn)行信息處理，從而控制采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

2 采煤機(jī)電控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)采煤機(jī)電控系統(tǒng)硬件進(jìn)行選定后，對(duì)其進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，首先對(duì)電牽引采煤機(jī)的輸入接口的控制按鈕進(jìn)行功能分配，輸入接口功能分配如表1所示。

表1 輸入接口功能分配

輸出接口共計(jì)20個(gè)，分別連接至電磁變頻器及繼電器接口位置。DSP控制器利用變頻器對(duì)牽引電機(jī)進(jìn)行啟停、加減速、正反轉(zhuǎn)等進(jìn)行控制，變頻器采用一拖一模式，兩臺(tái)變頻器采取主從控制方式。

DSP控制器通過(guò)RS-485與變頻器進(jìn)行連接，F(xiàn)2812擁有兩個(gè)串行通行接口SCIA和SCIB，本系統(tǒng)利用MAX3485芯片設(shè)計(jì)SCIB將其作為RS-485接口，同時(shí)連接兩臺(tái)變頻器。并對(duì)DSP程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，程序采取掃描的方式，通過(guò)掃描數(shù)字量輸入模塊，進(jìn)入各部分控制程序，輸出接口下步工作程序，程序循環(huán)執(zhí)行此過(guò)程，主控制器邏輯流程圖如2所示。

當(dāng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)迅速對(duì)故障進(jìn)行判定，對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警，并對(duì)故障進(jìn)行記錄，系統(tǒng)故障分為一般故障和致命故障，當(dāng)發(fā)生一般故障時(shí)，在不影響其余部位工作時(shí)，采煤機(jī)繼續(xù)工作，當(dāng)檢測(cè)出致命故障時(shí)，采煤機(jī)會(huì)立刻停機(jī)，待維修人員對(duì)故障修理后，系統(tǒng)才能重新啟動(dòng)運(yùn)行。采煤機(jī)中斷控制主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行收發(fā)，其中AD采集中斷觸發(fā)是一個(gè)周期性的過(guò)程，中斷包括觸屏通訊中斷、遠(yuǎn)程控制通訊中斷、變頻器通訊中斷，一旦CAN模塊接收到中斷信號(hào)后會(huì)立刻中斷。

3 結(jié)束語(yǔ)

采煤機(jī)作為綜采工作面配套機(jī)械設(shè)備的核心，保證采煤機(jī)的高效穩(wěn)定運(yùn)行是提高綜采工作面采掘效率的有效途徑。為此，鎮(zhèn)城底礦對(duì)MG132/320-W型電牽引采煤機(jī)的牽引部、遠(yuǎn)程控制、截割部及狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了以DSP為核心的電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)，并對(duì)采煤機(jī)的控制功能及方法進(jìn)行研究，借助采煤機(jī)數(shù)字量接口模塊實(shí)現(xiàn)外接口的設(shè)計(jì)，并對(duì)主控制器的循環(huán)流程進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了電牽引采煤機(jī)的基本控制功能，有效的解決原有控制系統(tǒng)的復(fù)雜性及不靈活性，提升了礦井采煤機(jī)的安全性。