基于DSP的电牵引采煤机电控系统应用研究

李义

山西焦煤霍州煤电木瓜煤矿 山西 吕梁 033000

鉴于目前我国采用的传统PLC为核心的电牵引采煤机控制系统存在可靠性差，故障率高，维护困难，维护成本高等问题。为提高电牵引采煤机电控系统的可靠性、扩展性及运算处理能力，本文为了提升采煤机电控系统运行效率，以镇城底矿综采工作面采用的MG132/320-W型电牵引采煤机为研究对象，对传统的采煤机电控系统进行优化设计，设计了以DSP为核心的电牵引采煤机电控系统，为采煤机优化改造研究提供了参考与借鉴。

1 电牵引采煤机电控系统

电牵引采煤机是综采工作面的重要机械设备，主要由电气、液压、机械等多个系统构成，其中电气控制系统是采煤机控制及保护的基础，本文的研究对象为镇城底矿MG132/320-W型采煤机，采煤机的牵引部分分别由左右两个牵引部组合而成，在运行过程中避免出现一带一的情况，讲一个变频器作为主变频器，主控制器接收到外部的信号后将载荷平均分配至两个牵引部，从而使得电机负载相同。截割部是由大功率电机组成，通过控制器控制实现液控回路的开关，实现对滚筒的控制。状态监控锡系统通过对采煤机的运行信号进行收集和检测，可以实现采煤机故障及工作状态实时监测[1]。根据对MG132/320-W型电牵引采煤机控制系统的分析，确定基于DSP的采煤机电控锡系统设计方案，设计电控系统如图1所示。

图1 采煤机电控系统框架图

图2 主控制器循环流程图

由图1分析可知，基于DSP的采煤机电控系统的工作原理为：系统主控模块为DSP控制器；数值量是经过光电隔离后的DSP及CPLD输入、输出模块，模块的接收接口主要是收集控制命令及数值监控信号，模块输出接口连接采煤机截割电机、摇臂，接收到数字量信号后经过中央处理系统对信号进行分离、处理，再经过输出端实现采煤机截割部自动控制；系统的通讯接口分为RS-232总线接口、CAN总线接口及RS-485接口；显示模块通过接口实现触摸屏与DSP的信息交换；远程控制单元通过CAN总线连接DSP控制器，实现远程控制[2]。

电牵引采煤机的遥控采用FYF30矿用本安型遥控，这是一款专为煤矿开采设计的控制器，FYF30矿用本安型遥控与输入接口模块连接，可以实现对总停、牵停、右牵、左牵、上升、下降、破降、破升的控制。控制器的最大输入电流为100mA，电源电压为12V，为了保障遥控的安全，串联IK的电阻。

对采煤机主控模块进行设计，首先选定用于数字控制的DSP，同时采用TSM320F2812芯片为主控系统的控制芯片，通过对F2812芯片进行设计扩展，解决设备接口复杂的问题。电牵引采煤机的接口模块选定，考虑到采煤机控制系统较为复杂，控制的数字量很大，所以选定CPLD来实现DSP的扩展，CPLD进行扩展不仅能够减小接口的体积，同时能够有效提升接口对的抗震性能；显示模块选定为GOT1000显示器，将电牵引采煤机的控制参数如温度、速度、电流等显示于屏幕中，通过触屏软件对触屏界面内容进行实时编辑，同时设置监控界面，实时监测设备运行及故障情况；对采煤机运行过程中的电流、温度、瓦斯等进行检测，分别选定不同的传感器进行数据采集；系统的控制模块选定Quest 3D远程操作系统，通过采集卡将数据进行采集，同时通过DSP控制器进行信息处理，从而控制采煤机运行状态。

2 采煤机电控系统优化设计

通过对采煤机电控系统硬件进行选定后，对其进行软件设计，首先对电牵引采煤机的输入接口的控制按钮进行功能分配，输入接口功能分配如表1所示。

表1 输入接口功能分配

输出接口共计20个，分别连接至电磁变频器及继电器接口位置。DSP控制器利用变频器对牵引电机进行启停、加减速、正反转等进行控制，变频器采用一拖一模式，两台变频器采取主从控制方式。

DSP控制器通过RS-485与变频器进行连接，F2812拥有两个串行通行接口SCIA和SCIB，本系统利用MAX3485芯片设计SCIB将其作为RS-485接口，同时连接两台变频器。并对DSP程序进行设计，程序采取扫描的方式，通过扫描数字量输入模块，进入各部分控制程序，输出接口下步工作程序，程序循环执行此过程，主控制器逻辑流程图如2所示。

当进行检测时发现采煤机出现故障，系统会迅速对故障进行判定，对故障进行报警，并对故障进行记录，系统故障分为一般故障和致命故障，当发生一般故障时，在不影响其余部位工作时，采煤机继续工作，当检测出致命故障时，采煤机会立刻停机，待维修人员对故障修理后，系统才能重新启动运行。采煤机中断控制主要是对信号进行收发，其中AD采集中断触发是一个周期性的过程，中断包括触屏通讯中断、远程控制通讯中断、变频器通讯中断，一旦CAN模块接收到中断信号后会立刻中断。

3 结束语

采煤机作为综采工作面配套机械设备的核心，保证采煤机的高效稳定运行是提高综采工作面采掘效率的有效途径。为此，镇城底矿对MG132/320-W型电牵引采煤机的牵引部、远程控制、截割部及状态监测实现的方法进行优化设计，设计了以DSP为核心的电牵引采煤机电控系统，并对采煤机的控制功能及方法进行研究，借助采煤机数字量接口模块实现外接口的设计，并对主控制器的循环流程进行了分析，实现了电牵引采煤机的基本控制功能，有效的解决原有控制系统的复杂性及不灵活性，提升了矿井采煤机的安全性。