基于嵌入式处理器的电磁调控采煤机的控制系统设计_张鸿飞.pdf
《基于嵌入式处理器的电磁调控采煤机的控制系统设计_张鸿飞.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于嵌入式处理器的电磁调控采煤机的控制系统设计_张鸿飞.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基于嵌入式处理器的电磁调控采煤机的控制系统设计张鸿飞(山西焦煤霍州煤电木瓜煤矿掘进二队,山西方山033000)摘要:基于电磁调控采煤机的控制系统结构,对控制系统的整体硬件功能进行分析阐述,并以此为基础,分别从控制系统功能模块硬件电路设计和软件程序设计两个角度对基于嵌入式处理器的电磁调控采煤机的控制系统进行设计说明,旨在保障电磁调控采煤机控制系统设计的科学性和有效性。关键词:嵌入式处理器;电磁调控采煤机;控制系统中图分类号:TD421.63文献标识码:A文章编号:1003-773X(2023)06-0186-030引言近几年,随着社会经济的持续发展,社会对于煤炭等化石能源的需求量持续增加,为满足
2、日益增长的社会需求,各类采煤机得到快速发展。电牵引采煤机作为采煤机未来发展趋势,主要分为开关磁阻电机调速采煤机、电磁调速采煤机以及交流变频采煤机,其中电磁调速采煤机具有可控性强、牵引力大、实际体积小等优势,更符合当前井下采煤需求。因此,以电磁调速采煤机为研究对象,基于现有研究成果,提出一种基于嵌入式处理器的电磁调控采煤机的控制系统设计方案。1电磁调控采煤机的控制系统结构分析从组织结构角度来看,电子调控采煤机的控制系统主要分为 I/O 层、控制层以及管理层三部分,具体情况如图 1 所示。1)I/O 层:控制系统 I/O 层主要用于收集采煤机运行中产生的各类信号状态信息、运行参数信息以及实现数据通
3、信功能,同时可以根据控制指令控制现场设备完成控制动作1-2。2)控制层:控制层是控制系统的核心层,其主要用于构建电磁调控采煤机运动控制模型,并对 I/O 层所采集的数据信息进行分析计算,进而根据分析结构做出对应动作。3)管理层:管理层主要负责对电磁调控采煤机实际运行状态进行监控分析,并可以为操作人员提供数据存储管理、人机交互界面等功能,便于操作人员实现系统分布式管理。2控制系统整体硬件功能及硬件电路设计2.1控制系统整体硬件功能为方便后续控制系统的检修和拓展,控制系统硬件电路将会采用模块化设计理念,具体功能模块主要包括嵌入式处理模块、总线型遥控器模块、数据输出输出电路模块、电源模块电路、通信模
4、块电路以及数据存储电路六部分,具体硬件功能框架如图 2 所示。2.2控制系统功能模块硬件电路设计2.2.1嵌入式处理器电磁调控采煤机控制系统的嵌入式处理选择需要综合用户需求性、开发可行性、开发经济性等诸多因素进行综合选择。根据电磁调控采煤机控制系统的特点,最终选用工业级嵌入式微型高性能处理器 AT91SAM9G20,此处理器实际参数如表 1 所示。收稿日期:2022-04-27作者简介:张鸿飞(1994),男,吕梁临县人,本科,毕业于中国矿业大学机械电子工程专业,助理工程师,倔进二队实习技术员。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagementandDe
5、velopmentTotal 242No.6,2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.075图 1电磁调控采煤机的控制系统结构框架图 2控制系统整体功能框架项目技术参数项目技术参数内核ARM926EJ-S主频400 MHzDDR2板载 128 MNand Flash板载 256 MB16 位 Thumb 指令集支持32 位 ARM 指令集支持指令高速缓冲32 kB以太网 Mac 控制器 1 个 10/100 Mbps高速存储卡主机2 个三通道 32 位定时器/计数器2 个USART4 个UART2 个32 位并行输入/输出控制器4 个可编程 I/O 线105 个
6、表 1嵌入式处理器技术参数上位机监控管理主机系统核心控制单元管理层控制层信号采集运行参数采集远程控制I/O控制I/O层电源模块开关量电路数据采集模拟量电路I/O 控制SD存储电路嵌入式处理通信电路管理主机系统远程控制自动化系统设计2023 年第 6 期2.2.2总线型遥控器总线型遥控器主要包括主机和副机,其中主机是指无线手持设备,副机是指无线机载设备。主机与副机之间通过 RS485 接口和 Modbus 协议达成相互连接,相比较传统的数字型采煤机遥控器,总线型遥控器具有硬件接口简单、协议通用性强、通信数据和通信协议可编程、可实时查看采煤机运行状态等优势,更符合现场控制需求3-4,总线型遥控器设
7、计架构如图 3 所示。2.2.3数据输入输出电路基于嵌入式处理器的电磁调控采煤机控制系统数据输入数据电路主要由开关量和模拟量两部分组成。其中开关量输入输出电路设计中主要用于采集采煤机机载开关量传感器以及电控系统相关部件运行数据,如继电器数据等。在设计中,为提高控制系统安全性能,开关量数据输入输出电路中的输入电路和输入电路会采用相互独立式设计,并且整体开关量数据输入输出电路与核心控制器之间采用光电隔离芯片进行有效隔离。同时,开关量数据输出电路还配置有故障检测功能,可进一步提高系统安全性。模拟量数据输入输出电路可兼容多种模拟信号,更符合当前采煤机多种传感器数据采集需求。其中输入电路各设置有一级电压
8、跟随器和反比例电压放大器,可用于放大采样电路输入阻抗。同时,输入电路中还配置有负调节增益,可有效消除共模干扰。此外,相对于传统电压控制来说,本设计中的输出电路具有抗干扰性能强、传输过程不易受到导线阻值影响等优势。在具体设计中,模拟信号在经过输入电路处理后会经过第一级运放转化为电流值,此后为保障信号带载能力,还配置有两级晶体管来推动电流信号。2.2.4电源模块电路电源模块作为电磁调控采煤机正常运行的基本保障资源,其电路设计效果将会直接影响到采煤机运行稳定性和安全性,所以必须要提高相关重视。在具体设计过程中,由于控制系统中既有强电和交流电,也有弱电和直流电,所以需要做好电路隔离处理。其中 220
9、V 标准交流电会经由 AC/DC 模块处理后转化为 24 V 机载电源,主要用于为控制系统液晶显示屏和继电器输出控制电源供电。24 V 机载电源还会经过 DC/DC 模块降压处理后,再经由滤波电路处理后得到 5 V 电源,此电源主要用于控制系统各功能模块供电电源。2.2.5通信模块电路采煤机的主要运行环境处于井下,相对常规环境来说,井下环境更为复杂,并且供电环境差、电磁干扰强,为提高控制精准性,必须要采用可靠性的通信模块电路。综合分析市面上各类控制总线方式后,设计中最终采用了可靠性高、性能水平强、通信方式更为灵活 CAN 总线,并且提高控制系统抗干扰能力,还在各模块之间配置有抗干扰电路设计方案
10、,CAN 总线通信电路示意图如图 4 所示。2.2.6数据存储电路数据存储电路主要用于满足控制系统数据存储需求。在设计中,数据存储电路采用 miniSD 卡作为数据存储设备,并将存储卡与嵌入式处理器之间搭设有6 根数据连接线,具体情况如图 5 所示。3控制系统软件程序设计3.1软件总体结构控制系统软件程序总体结构如图 6 所示。图 3总线型遥控器结构图 4CAN 总线通信电路示意图图 5数据存储电路示意图图 6控制系统软件程序结构框架无线传输无线模块液晶显示屏无线模块STM32F103C8RS485STM8LI01F3P6 处理器T6 处理器Modbus协议控制键盘电池电源传感器机载控制设备V
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 嵌入式 处理器 电磁 调控 采煤 控制系统 设计 张鸿飞
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。