仿形切割參考基準的研究及應用

暴慶保，廉自生

（1.太原理工大學 機械工程學院，山西 太原 030024；2.太重煤機有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

仿形切割是通過在數據采集模式下，由采煤機司機操作采煤機沿高低起伏的工作面煤層先割一刀，控制系統將采煤機運行的路線采集存入PLC 的記憶存儲單元，進入仿形切割模式后，采煤機將按先前采集的運行狀態和動作指令運行。采煤機是綜合機械化采煤工作面的主要設備之一，實現采煤機仿形切割不僅是實現采煤工作面生產過程自動化的重要環節，而且對延長機器壽命、提高設備的可靠性、保障工人安全、提高煤炭質量具有重要意義，對煤炭工業的可持續發展也有較大的促進作用。仿形切割是實現無人工作面的基礎，而仿形切割基準的選擇和應用則是實現仿形切割的核心。本文介紹一種基于編碼器的參考基準的設計原理和應用方法。

1 機械結構

具有編碼器輸出的主、從動輪聯接結構如圖1所示。驅動采煤機行走的驅動軸通過齒輪傳動帶動旋轉編碼器中心軸轉動。中心軸連接光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，由光電發射和接收器件讀取，獲得A、B、C、D 四組正弦波信號，每個正弦波相差90°（一個周波為360°），將C、D 信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強信號的穩定性；另外，每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90°，可通過比較A相在前還是B相在前來判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤選擇金屬碼盤，其精度高、抗沖擊能力強、壽命長。分辨率為2 400線／周，信號輸出為集電極開路NPN。

圖1 具有編碼器的主、從動輪聯接結構圖

2 信號處理電路

信號處理電路框圖見圖2。

（1）電源模塊：采用單電源輸入12V～24V，單路輸出3.3V，當外部供電時對電池組充電，當外部電源停止時電池組供電。

圖2 信號處理電路框圖

（2）信號濾波模塊：采用電阻網限流分壓，輸出為3.3V 脈沖信號。

（3）存儲器：選用非易失存儲器MB85RS16。

（4）控制器：選用單片機80C51F310，主頻12MHz，低功耗工作模式。（5）通訊接口模塊：采用RS－485，波特率為9 600b／s，8位數據位，無校驗。

3 程序流程

主程序流程圖見圖3。

圖3 主程序流程圖

微處理器檢測旋轉編碼器A、B相狀態，根據該狀態確定脈沖方向，統計脈沖數據并存儲。微處理器響應串口中斷，將脈沖數據發送至控制中心。

4 結語

旋轉編碼器信號的獨立處理方式保證了采煤機參考基準的準確性，即使在設備停電狀態下發生移動也不影響后續仿形切割，有效地減小了仿形切割的累積誤差，同時保證了設備的安全運行。實際應用中證明此設計是合理的。

［1］ 國際電工委員會.IEC60079－0：1998爆炸性氣體環境用電氣設備第0部分：通用要求［S］.［s.l.］：IEC，1998.

［2］ 南陽防爆電氣研究所.GB3836－2000爆炸性氣體環境用電氣設備第1 部分：通用要求［S］.北京：中國標準出版社，2000：1－39.