DSP技術在煤礦電機控制中的應用

張燦星，王　雷，張梨明山東魯泰控股集團有限公司鹿洼煤礦，山東濟寧　272300

DSP技術在煤礦電機控制中的應用

張燦星，王雷，張梨明
山東魯泰控股集團有限公司鹿洼煤礦，山東濟寧272300

隨著科學技術的發展，針對煤礦電機的保護與控制技術也在不斷的革新和進步。而DSP技術是數字信息時代的一個重要技術標志，也是一項應用十分寬廣的數據處理技術。DSP技術通常是指是數字信號處理和數據處理芯片，其計算速度十分快捷并且十分精確。本文從DSP技術的發展和基本內容出發，探討DSP技術在煤礦電機控制中的應用和重要作用。

煤礦電機；DSP技術；控制

信息時代的到來，引發了社會各個領域深層次的變化。無論是生產技術還是生產管理，信息技術的普及和運用是一種時代趨勢。而信息時代中關于數據的處理，即DSP技術的運用也逐漸蔓延。本文重點從傳統煤礦電機的控制與保護出發，結合DSP技術的發展與特點，對DSP技術在煤礦電機的控制應用進行探討和分析。

1　DSP技術的概述

1.1DSP技術的概述

DSP技術是英語digital signal processing的簡稱，即數字信號處理。其是一門涉及了電子信息技術和計算機技術以及應用數學等多門學科的新興技術。其應用十分廣泛，概因其強大的數據處理能力和數據分析能力。其被廣泛的運用在各個生產領域。DSP同樣也包含了數字信號處理芯片，其是由數字信號處理器和DSP定點控制器等多個子系統組成。數字信號處理器是針對數字信號進行高速運算的專用處理器，其主要特點是速度快且功耗低。數字信號處理器也是最為人們所熟知的一個部分。如數字通信和圖像處理都是借助強大的數字信號處理器。世界上第一臺DSP芯片是由1982年美國德州儀器公司所研發生產，這標志數字信號大規模處理時代的到來。而DSP定點控制器最為常見的則是關于GPS的運用。總而言之，經過多年的發展，DSP技術已經是一種相當成熟的信息技術，其在信息時代的地位會越來越重要，并且將引導世界未來經濟的發展和技術的改革。

1.2DSP技術的優勢

DSP技術的優勢主要體現在以下幾個方面：一是其強大的數據處理能力意味著DSP技術能夠及時的處理規模巨大的數據流，能及時的分析管理過程中各種數據的變化與異常；二是隨著科學技術的發展，電機的生產構造也發生了深刻的變化，而基于數據時代的到來，只有DSP技術才能滿足新型電機的工作需求；三是DSP技術的集成化與系統化為電機的日常運行提供了安全保障。對于傳統電機而言，周邊環境的干擾和變化都會影響到電機的運轉和效率，而DSP技術則是受外界環境的影響較少，能夠較為穩定的實現對電機數據的監控與管理。同時，集成化的構造能促使DSP技術在處理電機所有數據的采集和分析的過程中，顯得更為便捷和高效。

1.3DSP技術的典型組成

DSP技術的具體構造多種多樣，其外觀形體也各不相同。但總的而言，其在主要的運作系統方面是大同小異的，如下圖所示。

這是一個典型的DSP系統，其表明了大多數的DSP系統是如何通過輸入系統和輸入系統進行數據處理。從圖中我們可以發現DSP技術是通過對數字信號的兩次轉換實現數據的傳輸，而數據的處理則是通過DSP芯片的數據處理系統實現數據運算和處理。并且，數據的穩定和統一則是通過輸入端和輸出端的不同過濾電波實現其統一。需要注意的是，信號的不失真很大程度上取決于采樣頻率和輸入頻率的大小，一般而言，采樣頻率要大于輸入端的最高頻率。而輸入端的抗混疊濾波也是為了保證信息的完整而進行的設置。

2　傳統煤礦電機控制的不足

傳統煤礦電機在實際生產過程中存在著許多不足，主要表現在兩個方面：一是電機控制不足；二是電機的保護不足。在一定程度上，電機的額控制與保護是相關聯的。本質上，電機的控制是為了實現安全生產，并且盡可能的實現最小消耗，而電機的保護本身就涉及到電機的合理控制和成本的問題，這也是許多學者和一線管理者在探討電機的控制時往往與電機的保護相聯系的原因。傳統電機的控制不足主要表現在兩個方面，一是電機需要的合理運作狀態沒有得到控制，往往出現控制不足或失控的狀態。如一定的電流的輸出，如一定電壓之間的切換。另一方面則是關于電機的信息處理方面的不足，導致對電機工作狀態的監控不足，從而在生產環節中出現崩壞的現象，嚴重影響生產進度和效率。而關于電機的保護，在一定程度上同樣也體現了這一個問題，即缺少對電機的控制，導致電機的保護不到位，電機損耗較大。

3　DSP技術在煤礦電機控制中的應用

3.1DSP技術在煤礦電機中的具體操作

DSP技術的應用不是簡單的進行DSP處理器的安裝和設置，其包含了其他一系列的設置。在煤礦電機控制技術中，我們首先需要涉及的是關于電機的變頻調速技術，這一技術的基本控制方法——正弦脈寬調制（SPWM）方法使用較為普遍，而這一技術的使用促使逆變器所輸出的電壓和正弦波電壓空間矢量脈寬調制（SVPWM）技術所需的正弦波相似。SVPWM技術能夠形成一個圓形的旋轉磁場，其主要作用是減少逆變器所輸出的電壓的諧波成分，同時也能減少電動機的諧波耗損。因此，DSP技術在煤礦電機控制方面的應用主要是完成矢量控制等繁雜的數據計算，產生所需要的PWM波，并驅動IGBT等器件，實現對逆變器等裝置輸出的控制，實現電動機的數字化。

3.2DSP 技術在煤礦電機應用的組成

DPS技術在煤礦電機中的應用設計到DPS技術的裝置與安排，這里主要分析其硬件組成部分和軟件部分的設置和選擇。在硬件方面，我們可以采用新型DSP芯片——TMS320F2812型號的控制芯片，并且利用異步電動機作為矢量控制系統，同時采用可編程I/0接口收集反饋信息。煤礦電機的電流信息的反饋通過ADC通道，傳輸給處理系統，然后進行合理的調節；而通過傳遞電機的相關信息，計算出電機的轉速，可以實現對其及時監控；而電機的相電流的瞬時速度能通過處理器計算其運行參數。所有與電機的電流的大小和速度等相關的信息，最后都被轉換為數據信息，通過數據處理系統的計算，能得出電機的轉速和滑差等數據，從而便于對電機進行調節和控制。此外，電機控制系統的開發板一般采用的是DSP2812開發板，主要是其性能較好。在軟件方面，主要包含三個主要部分，一是電機控制主程序，二是中斷程序。其中各自又包含了許多模塊和子系統。如系統初始化子系統，如轉換模塊、ADC子模塊、速度求解模塊、PARK逆轉換、SVPWM模塊等等。

3.3SVPWM原理

在DSP技術中，有一個最基本的運作原理，即SVPWM原理，其通過PWM將電機的變頻調速方法——正弦脈寬調制SPWM和煤礦電機的磁鏈運轉的圓形軌跡聯系在一起。SVPWM技術通過電機運轉的圓形旋轉磁場，能減少逆變器所輸出的電壓的諧波成分，同時也能減少電動機的諧波耗損。SVPWM對電機的控制和調節主要是通過利用各種電壓空間矢量的合成來實現，通過對電壓空間矢量的交替利用，我們可以實現頻率的穩定和和諧。電壓空間矢量主要由六個基本的電壓矢量和兩個零矢量組成。基本電壓矢量是主要是形成正在工作扇區的矢量，零矢量則是用來彌補其中的缺漏和平衡。

4　結論

DSP技術在應用過程中主要借助的是DSP數據處理器的強大運算功能，而如何收集煤礦電機的相關數據則是DSP技術應用的前提。正弦脈寬調制SPWM方法和PWM方法是傳統電機工作中所不具備的。DSP技術在煤礦電機控制中的運用是科學技術發展的表現，而具體運作過程中，則是需要根據煤礦電機運轉的特點進行科學合理的設計和材料的選擇。

［1］鄧英浩，閆磊.基于DSP技術的煤礦電機控制應用［J］.企業導報，2014（14）：129，104.

［2］張勇.基于DSP的礦用電機車變頻調速系統研究與設計［D］.淮南：安徽理工大學，2009.

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1674-6708（2015）152-0120-02