基于DSP的電牽引采煤機電控系統應用研究

李義

山西焦煤霍州煤電木瓜煤礦 山西 呂梁 033000

鑒于目前我國采用的傳統PLC為核心的電牽引采煤機控制系統存在可靠性差，故障率高，維護困難，維護成本高等問題。為提高電牽引采煤機電控系統的可靠性、擴展性及運算處理能力，本文為了提升采煤機電控系統運行效率，以鎮城底礦綜采工作面采用的MG132/320-W型電牽引采煤機為研究對象，對傳統的采煤機電控系統進行優化設計，設計了以DSP為核心的電牽引采煤機電控系統，為采煤機優化改造研究提供了參考與借鑒。

1 電牽引采煤機電控系統

電牽引采煤機是綜采工作面的重要機械設備，主要由電氣、液壓、機械等多個系統構成，其中電氣控制系統是采煤機控制及保護的基礎，本文的研究對象為鎮城底礦MG132/320-W型采煤機，采煤機的牽引部分分別由左右兩個牽引部組合而成，在運行過程中避免出現一帶一的情況，講一個變頻器作為主變頻器，主控制器接收到外部的信號后將載荷平均分配至兩個牽引部，從而使得電機負載相同。截割部是由大功率電機組成，通過控制器控制實現液控回路的開關，實現對滾筒的控制。狀態監控錫系統通過對采煤機的運行信號進行收集和檢測，可以實現采煤機故障及工作狀態實時監測[1]。根據對MG132/320-W型電牽引采煤機控制系統的分析，確定基于DSP的采煤機電控錫系統設計方案，設計電控系統如圖1所示。

圖1 采煤機電控系統框架圖

圖2 主控制器循環流程圖

由圖1分析可知，基于DSP的采煤機電控系統的工作原理為：系統主控模塊為DSP控制器；數值量是經過光電隔離后的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值監控信號，模塊輸出接口連接采煤機截割電機、搖臂，接收到數字量信號后經過中央處理系統對信號進行分離、處理，再經過輸出端實現采煤機截割部自動控制；系統的通訊接口分為RS-232總線接口、CAN總線接口及RS-485接口；顯示模塊通過接口實現觸摸屏與DSP的信息交換；遠程控制單元通過CAN總線連接DSP控制器，實現遠程控制[2]。

電牽引采煤機的遙控采用FYF30礦用本安型遙控，這是一款專為煤礦開采設計的控制器，FYF30礦用本安型遙控與輸入接口模塊連接，可以實現對總停、牽停、右牽、左牽、上升、下降、破降、破升的控制。控制器的最大輸入電流為100mA，電源電壓為12V，為了保障遙控的安全，串聯IK的電阻。

對采煤機主控模塊進行設計，首先選定用于數字控制的DSP，同時采用TSM320F2812芯片為主控系統的控制芯片，通過對F2812芯片進行設計擴展，解決設備接口復雜的問題。電牽引采煤機的接口模塊選定，考慮到采煤機控制系統較為復雜，控制的數字量很大，所以選定CPLD來實現DSP的擴展，CPLD進行擴展不僅能夠減小接口的體積，同時能夠有效提升接口對的抗震性能；顯示模塊選定為GOT1000顯示器，將電牽引采煤機的控制參數如溫度、速度、電流等顯示于屏幕中，通過觸屏軟件對觸屏界面內容進行實時編輯，同時設置監控界面，實時監測設備運行及故障情況；對采煤機運行過程中的電流、溫度、瓦斯等進行檢測，分別選定不同的傳感器進行數據采集；系統的控制模塊選定Quest 3D遠程操作系統，通過采集卡將數據進行采集，同時通過DSP控制器進行信息處理，從而控制采煤機運行狀態。

2 采煤機電控系統優化設計

通過對采煤機電控系統硬件進行選定后，對其進行軟件設計，首先對電牽引采煤機的輸入接口的控制按鈕進行功能分配，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20個，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牽引電機進行啟停、加減速、正反轉等進行控制，變頻器采用一拖一模式，兩臺變頻器采取主從控制方式。

DSP控制器通過RS-485與變頻器進行連接，F2812擁有兩個串行通行接口SCIA和SCIB，本系統利用MAX3485芯片設計SCIB將其作為RS-485接口，同時連接兩臺變頻器。并對DSP程序進行設計，程序采取掃描的方式，通過掃描數字量輸入模塊，進入各部分控制程序，輸出接口下步工作程序，程序循環執行此過程，主控制器邏輯流程圖如2所示。

當進行檢測時發現采煤機出現故障，系統會迅速對故障進行判定，對故障進行報警，并對故障進行記錄，系統故障分為一般故障和致命故障，當發生一般故障時，在不影響其余部位工作時，采煤機繼續工作，當檢測出致命故障時，采煤機會立刻停機，待維修人員對故障修理后，系統才能重新啟動運行。采煤機中斷控制主要是對信號進行收發，其中AD采集中斷觸發是一個周期性的過程，中斷包括觸屏通訊中斷、遠程控制通訊中斷、變頻器通訊中斷，一旦CAN模塊接收到中斷信號后會立刻中斷。

3 結束語

采煤機作為綜采工作面配套機械設備的核心，保證采煤機的高效穩定運行是提高綜采工作面采掘效率的有效途徑。為此，鎮城底礦對MG132/320-W型電牽引采煤機的牽引部、遠程控制、截割部及狀態監測實現的方法進行優化設計，設計了以DSP為核心的電牽引采煤機電控系統，并對采煤機的控制功能及方法進行研究，借助采煤機數字量接口模塊實現外接口的設計，并對主控制器的循環流程進行了分析，實現了電牽引采煤機的基本控制功能，有效的解決原有控制系統的復雜性及不靈活性，提升了礦井采煤機的安全性。