摘要:介绍了采煤液压支架控制系统的工作原理和实现的功能,提出了系统软硬件设计方案,实现了支架的联网控制。
关键词:单片机 液压支架 控制系统
1 前言
采煤液压支架电流控制系统是目前液压支架最先进的控制方式,是集机械、电子、液压、计算机和通信技术于一体,技术含量高、难度大,应用于煤矿井下生产的一项高技术产品。它按照采煤工艺对采煤工作面液压支架进行监测和控制,使液压支架与其它采煤设备(采煤机和刮板运输机)协调工作,充分发挥现代化采煤机械的生产效率。
2 系统工作原理和功能
采煤支架控制系统以低功耗、功能强大的、具有嵌入式操作系统的uC/OS-II的Rabbit3000单片机为核心模块,由电源模块、通讯模块、驱动模块和数据采集模块等组成,通讯模块具有4路独立的通讯电路,可以实现与人机界面,左右邻架控制和工作面监控主机进行数据通信;驱动模块采用大功率驱动芯片进行驱动电路设计,具有在线检测、过载保护等功能;数据存储模块具有512K的FLASH和512K的SRAM,可供系统存放程序和操作系统运行及其运行数据使用,同时,系统配置了FRAM,以备修改数据掉电保护,同时也可以存放系统数据。选用CAN总线控制芯片进行CAN通信电路设计,保证使用4线电缆,就能有两个完全独立的通信回路,从而提高了系统的可靠性。选用高精度A/D芯片进行电源能耗测量和电磁铁工作状态分析,增架系统新功能。选用新型材料新型器件OLED进行汉字显示电路设计,降低了系统显示电路的功耗。下图分别是总体结构框图。
从系统结构上可以看出该系统具有以下特点:
(1)系统的响应速度快。子控制系统都挂接在通信总线上。子控和子控间除了通过总线外,也还直接通过BIDI(单纤双向)相连,提高了子系统间相互控制的响应速度。
(2)系统的可靠性高。在主从通信结构中,主控机出现故障时,整个系统将处于瘫痪状态,不能正常工作。解决此问题一般是再增加一台主控机,当一台出现故障时,用另一台替换。在CAN总线系统中,不论是主控机还是子系统出现故障,都不会影响整个系统的正常工作,仅仅影响出故障主控或子系统。但在CAN通信总线结构的系统具有良好的可靠性。
(3)系统的可维护性好。将需要维护的控制系统电源切断后,就可以进行维修工作,不影响系统的正常工作,给系统的维护带来了方便。
3 硬件设计
根据采煤支架在综采工作面中的实际情况及支架之间相互控制要求,采用CAN总线结构设计了多节点互控型的采煤支架计算机分布式控制系统,综采工作面液压支架电液控制系统原理见图1,每架采煤支架由一台子控机进行检测和控制,构成一个电液控制子系统,主控机和所有子控机(支架控制器)的串行通信接口均挂接在单根通信总线CAN上,构成采煤机采煤支架计算机分布式控制系统。
每个子控制系统的硬件构成如图2。完成功能如下:
(1)通过操作子控制系统键盘完成对本架采煤支架的控制,实现本架的自动升架、降架、移架、定量推进。
(2)子控制系统可以对其它子控制系统发出控制命令,实现对左或右相邻任一台采煤支架的控制。
(3)以本架子控制系统为主导,该子控制系统向其它子控制系统发出控制命令,完成对左或右相邻5架采煤支加架同时执行同一个动作的成组控制。
(4)通过操作子控制系统键盘,该子控制系统向其它子控制系统发出控制命令,使相对于发信号的子控制系统位置不变的一组采煤支架完成要求执行的动作。
(5)可以显示支架的主要参数和动作等信息。
(6)发生故障或意外时,具有自动故障报警功能,或可以按下紧急停止按钮停止整个系统的工作。
4 系统软件设计
在任意一个支架控制器上键入命令时,单片机产生中断请求信号,进入键盘命令识别。命令有三种格式:①受命单元编码地址;②单元编组方式;③被控单元的动作指令。各支架控制器对命令地址进行识别,确认受控单元后,该单无接收动作控制命令,单片机通过数据总线向电磁铁驱动电路发送动作命令,打开和关闭对应的电磁阀,从而控制支架的动作。该单元在全部动作命令执行结束后复位。
系统控制软件包含6个功能模块:系统监控模块;键盘中断及其命令处理模块;命令发送模块;命令接收模块;接收命令后处理模块;程序控制执行模块。
5 总结
目前,采煤液压支架控制系统已完成系统原理设计,软件、硬件设计,并与液压支架进行联机实验,效果良好,达到设计功能和目的。现在已开始在林州重机有限公司进行生产,并投入采煤生产。
参考文献
[1] rabbit3000 datasheet
[2] 何立民,著《MCS-51系列单片机应用系统设计》,北京航空航天大学,1990年.
[3] 陈威,张伟等,综采工作面液压支架计算机分布式电液控制系统设计[J],微计算机信息,2005[2].
[4] 德国macro公司资料.
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