礦用防爆蓄電池鏟車電控系統的設計＊

高鵬

礦用防爆蓄電池鏟車電控系統的設計＊

高鵬

（中煤科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

隨著人們對煤礦井下工人身心健康以及環境保護的要求提高，礦用防爆柴油車已不能滿足實際的要求，而礦用鉛酸蓄電池車變得越來越重要。介紹了基于PLC為主控制器、單片機為輔的數據采集器以及采用牽引變頻器的礦用電鏟車的電控系統的工作原理以及軟件設計，并將其應用到蓄電池鏟車中。實際使用效果表明，基于數據采集器、PLC、變頻器三級結構的控制單元，通過CAN總線連接具有接線少、可靠性高、維護方便等特點，從而可以提高礦井輔助運輸的能力。

礦用電鏟車；PLC；數據采集器；變頻器

礦用車輛作為煤礦井下巷道輔助運輸的交通工具，起著舉足輕重的作用。隨著高效高產能的礦井建設，礦用防爆電動車凸顯出噪聲低、零排放等優點，相比防爆柴油機在環保和節能方面有著明顯的優勢。而煤礦井下對電動車輛的要求較高，要求車輛牽引系統具有大扭矩，且能適應煤礦地面的使用環境，特別是對整個電控系統的設計。本文針對此問題設計了一套礦用鏟車電控系統，采用了PLC、數據采集器以及變頻器三級結構控制單元，減少彼此之間的線連接，從而通過CAN總線將其各個子系統連接，并將其應用于礦用電鏟車的電控系統。

1 電鏟車電控系統結構

在電鏟車電控系統中，鉛酸蓄電池作為整車能量的來源，主要給整車提供動力電源，即當合上隔離開關、斷路器后，整個系統通電。通過控制手柄按鈕的操作將信號發給數據采集器，數據采集器通過CAN總線發給PLC主控器。

PLC通過采集不同的信號從而控制油泵電機以及牽引電機的行走。其中，圖中的24 V隔離電源主要起隔離電壓的作用，防止高壓電源串接入，損壞整車的PLC以及數據采集器，確保整個系統能夠更加可靠地運行，其電控系統結構如圖1所示。

2 軟件結構

本電鏟車軟件結構主要分為兩部分：一部分為數據采集器采集手柄等開關量信號以及外圍傳感器等模擬量信號，將采集到的數據通過CAN總線發給主控制器PLC處理，從而作出相應的動作；另一部分為PLC主控制器，其通過采集到的信號來啟動控制油泵、牽引變頻器的輸出，從而控制油泵電機以及牽引電機。油泵電機轉速采用某一固定的頻率，而牽引電機采用轉矩閉環控制算法實現車輛可靠的行走。其中，PLC在整個CAN網絡中作為CAN總線的主站，數據采集器、牽引變頻器、油泵變頻器作為CAN網絡的從站。

圖1 電鏟車電控系統結構

3 系統網絡控制框圖

整個電控系統控制單元間的所有信息都通過CAN的兩根數據線進行交換，其整車CAN網絡控制如圖2所示。

在整個系統上電后，系統進行CAN網絡、模擬量/數字量輸入、輸出口的初始化，并對變頻器進行初始化操作，包括通過SDO寫變頻器初始化配置數據（包括轉速限制數值、電機參數數值等）。當整個系統CAN網絡初始化后，通信正常與否，會通過彼此間定時的一問一答即“心跳”進行聯系，當心跳正常后，方可進行整車的控制，否則將通信故障信息顯示在顯示屏上。

圖2 整車CAN網絡控制圖

當數據采集器通過采集外圍操作箱信號給定以及外圍傳感器數據正確后，系統開始進行相應的一系列動作，如果出現故障，故障代碼及故障信息將會實時顯示在顯示屏上。

PLC在系統中作為整車的中央處理單元，通過CAN總線判斷數據采集器以及變頻器的數據實時地將數據更新到人機交互顯示界面，同時其處理各個數據的邏輯關系，通過外圍的數據以及一定的算法實現整車可靠的運行。

4 系統顯示界面

系統顯示界面作為人機交換的窗口，在車輛可靠運行中扮演著重要的角色。車載顯示屏顯示界面如圖3所示，其主要顯示牽引轉速表、電機溫度、變頻器主板溫度、電池電量SOC、電池電壓、電池電流、里程表以及車輛外圍的各開關量信號等信息。當出現故障時，顯示屏滾動顯示故障信息以及解決辦法，并發出報警聲，為司機提供一定的解決辦法。這樣能夠提高整車的可靠性，縮短故障消除的時間，從而提高整車的運行效率。

5 結語

該種設計方法已經應用于礦用7 t、10 t防爆鉛酸蓄電池鏟車的電控系統，且系統能夠穩定、可靠運行。并且該種方法可進一步移植應用于其他新型礦用防爆電鏟車的電控系統。通過CAN總線的連接減少了電控箱體之間多線的連接，從而確保整個系統能夠可靠地運行，并且系統在出現故障后能夠盡快排除故障，提高產品的可靠性和競爭力。

圖3 車載顯示界面

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TD632

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.050

2095－6835（2020）08－0116－02

中國煤炭科工集團太原研究院有限公司技術創新項目（編號：M2018-23）

高鵬（1989—），男，碩士，實習研究員，主要從事煤礦車輛電氣自動化的研究。

〔編輯：王霞〕