基于DP/ LIN總線的采煤機控制鍵盤設計

洪振宇,　田煒，　劉嘉

(中國民航大學 航空自動化學院， 天津　300300)

?

基于DP/ LIN總線的采煤機控制鍵盤設計

洪振宇,田煒，劉嘉

(中國民航大學 航空自動化學院， 天津300300)

摘要：為適應采煤機遠程控制方式發展的需求，設計了一種基于DP/LIN總線的采煤機控制鍵盤。該鍵盤由LIN總線數據采集模塊采集控制信息，將不同按鍵對應的控制信息通過LIN總線進行傳輸，并轉換為DP總線信號與PLC主機進行數據交換，進而由PLC主機控制采煤機的開停、升降、牽引，從而實現對采煤機的遠程實時控制，提高了煤礦開采的自動化水平。

關鍵詞：綜采工作面； 采煤機； 遠程控制; 控制鍵盤; LIN總線； Profibus-DP總線

0引言

實現煤礦工作面生產過程的自動化、智能化、信息化以及無人化是目前煤炭行業發展的主流趨勢[1]。采煤機作為生產過程中的關鍵設備，其傳統的就機控制方式自動化水平低下，而采用現場無線遙控器的控制方式則易受干擾且受距離限制,因此，對采煤機進行遠程實時控制成為當前一個重要的研究課題。

采煤機遠程控制可通過采集控制信號并利用遠傳技術來實現。而目前我國煤礦的信號采集設備主要以DP設備為主，生產成本較高。LIN總線具有良好的低速通信可靠性，且技術應用成本較低，可在保證通信性能的前提下，大幅度降低煤礦生產成本，豐富煤礦自動化控制方式[2]。因此，筆者引入LIN總線技術，設計了基于DP/LIN總線的采煤機控制鍵盤。該鍵盤可將不同按鍵對應的控制信息通過LIN總線進行傳輸，并轉換為DP總線信號與PLC主機進行數據交換，進而由PLC主機控制采煤機的開停、升降、牽引等[3]。

1控制鍵盤硬件設計

1.1控制鍵盤結構設計

控制鍵盤的內部結構如圖1所示，包括了基于LIN總線的4塊數字量采集模塊DI、1塊數字量輸出模塊DO、DP-LIN轉換模塊和可編程數碼管[4]。鍵盤共設有26個按鍵，控制實現采煤機主啟動、主停止、左牽引、右牽引、升降、暫停等功能。每個DI模塊最多可采集8路按鍵控制信息，控制信息經DP-LIN轉換模塊轉換為DP總線信號，直接與PLC主機進行數據交換，并由PLC主機發出通用指令控制采煤機。反過來PLC主機反饋回來的采煤機信息經DP-LIN轉換模塊轉換為LIN總線信號后，通過DO模塊輸出到可編程數碼管顯示。

圖1　控制鍵盤內部結構

1.2數字量采集和輸出模塊設計

數字量采集模塊DI和數字量輸出模塊DO硬件結構如圖2所示，2塊模塊的原理基本相近，設計采用了微控制器和LIN總線接口芯片結合的方案。微控制器選用MC9S08SL16型高速微處理器，該芯片主要用于CAN總線、LIN總線等通信、LCD驅動、電動機控制等場合。LIN總線接口芯片選用TJA1021T，用以實現控制器和LIN總線間的數據通信，遵從LIN2.1/SAE J2602規范[5]。各模塊在應用時必須選擇不同地址，可通過撥碼開關改變模塊地址。

圖2　DI/DO模塊硬件結構

2控制鍵盤軟件實現

采煤機控制鍵盤程序開發采用CodeWarrior編程環境，主要程序包括DI程序和DO程序2個部分。

2.1DI程序設計

DI程序主要用于采集按鍵控制命令并通過LIN總線傳出控制命令，程序設計包括主程序和中斷程序2個部分。

DI主程序流程如圖3所示。首先進行鍵盤初始化，包括對時鐘、IO口、中斷等的初始化，然后經過一定的延時，進入無限循環等待中斷。

圖3　DI主程序流程

DI中斷程序流程如圖4所示。進入中斷后，首先清除中斷標志，然后對中斷源進行一系列的判斷，當數據緩沖區滿并且校驗正確時，接收數據并對其進行處理。

圖4　DI中斷程序流程

2.2DO程序設計

DO程序主要用于將PLC反饋的采煤工藝段信息(即采煤過程不同階段所對應的數字)輸出到數碼管顯示，DO程序也包括主程序和中斷程序2個部分。

DO主程序流程如圖5所示。首先對鍵盤進行初始化，包括時鐘、I/O口、中斷等的初始化。然后設置數碼管功能，包括設置BCD譯碼方式、關鍵盤、開顯示等功能。經過一定的延時后進入無限循環等待中斷。

DO中斷程序流程如圖6所示。進入中斷后，首先清除中斷標志，然后對中斷源進行判斷，當數據緩存區滿且校驗正確時，將數據以BCD碼的形式送至數碼管顯示。

圖5　DO主程序流程

圖6　DO中斷程序流程

3控制鍵盤通信測試

為了檢驗基于DP/DIN總線的采煤機控制鍵盤能否準確地與PLC主機進行數據交換，編寫了PLC測試程序并下載到S7-300 PLC中進行測試。

PLC測試程序如圖7所示，程序設計了2個功能：一是PLC接收到某控制按鍵輸入的控制信息時，反饋對應的工藝段信息到數碼管顯示，如圖7(a)(程序段1)所示，按鍵閉合時利用MOVE指令將預設初值送至DO地址輸出顯示；二是設置2個按鍵，當PLC接收到該按鍵輸入的控制信息時，分別對當前工藝段數值加1或減1并顯示到數碼管，另設復位按鍵(圖7(b),(c)中程序段2和程序段3)，利用雙向計數器指令，按鍵可分別執行加1、減1和復位指令。

(a) 程序段1：工藝段顯示

(b) 程序段2：工藝段加減

(c) 程序段3：數碼管顯示

測試結果表明，控制鍵盤實現了預設功能，能夠與PLC主機進行準確的數據交換，即能夠準確地發送控制命令并接收反饋信息。

4結語

基于DP/LIN總線的采煤機控制鍵盤結合信號遠傳技術，可實現對采煤機的遠程實時控制，提高了煤礦開采的自動化水平。該控制鍵盤憑借DP/LIN總線技術開放度高、應用方便、可靠性高及價格低廉的優勢，在綜采無人工作面上具有良好的應用前景。目前，該控制鍵盤已經應用到四川綠水洞等國內多個礦井,操作員可根據現場實時的多路視頻信號對采煤機進行遠程控制，應用效果良好。

參考文獻：

[1]李磊.綜采無人值守工作面液壓支架間架電液控制器主控系統的研究[D].太原:太原理工大學,2010.

[2]陳恩策，黃瑩，唐厚君.基于LIN總線的汽車照明系統軟硬件開發[J].電氣自動化，2013,35(4):22-24.

[3]孔維社.Profibus-DP總線單主站系統報文傳輸延時分析[J].工礦自動化,2011,37(7):50-52.

[4]霍軍軍，張英梅.基于DP/LIN總線的礦用控制系統[J].工礦自動化,2013,39(12):26-28.

[5]丁寧.基于VDSL2技術和LIN總線的采煤機遠程控制數據通訊系統的設計[D]．太原：太原理工大學，2015．

Design of control keyboard of shearer based on DP/LIN bus

HONG Zhengyu,TIAN Wei,LIU Jia

(Aeronautical Automation Institute, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)

Abstract:In order to adapt to needs of development of remote control method of shearer, a control keyboard of shearer based on DP/LIN bus was designed. The keyboard collects control information via the LIN bus data acquisition module, and can transmit control information of corresponding different keyboard through the LIN bus, and convert the control information to DP bus signal, so as to exchange data with PLC, and control open/stop, lift and traction of shearer by the PLC. The control keyboard can realize remote real-time control of shearer, and improve automation level of coal mining.

Key words:fully-mechanized coal mining face; shearer; remote control; control keyboard; LIN bus; Profibus-DP bus

中圖分類號：TD632

文獻標志碼：A網絡出版時間：2016-03-07 15:23

作者簡介：洪振宇(1978-),男，遼寧鐵嶺人，副教授，博士，研究方向為機器人結構學，E-mail:490698314@qq.com。

收稿日期：2015-10-28；修回日期：2015-12-23；責任編輯：張強。

文章編號：1671-251X(2016)03-0078-03

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.03.018

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160307.1523.018.html

洪振宇,田煒，劉嘉.基于DP/LIN總線的采煤機控制鍵盤設計[J].工礦自動化，2016,42(3)：78-80.