礦井電機(jī)車(chē)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解析

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摘要：以DSPIC30F6010A單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了一種電機(jī)車(chē)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，并從硬件和軟件兩方面對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素和主要特性進(jìn)行逐一分析，最后針對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)可以有效調(diào)控電機(jī)車(chē)運(yùn)行，是確保電機(jī)車(chē)安全、穩(wěn)定、低能耗運(yùn)行的重要保障。

關(guān)鍵詞：電機(jī)車(chē);控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)分析;軟件程序

引言

井下軌道電機(jī)車(chē)作為煤礦生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中所不可或缺的關(guān)鍵核心運(yùn)輸裝備，其依據(jù)速度調(diào)控方式的差異可分為直流牽引電阻調(diào)速、直流牽引斬波調(diào)速和交流牽引變頻調(diào)速三大類(lèi)別。其中交流牽引電機(jī)車(chē)作為新型的機(jī)車(chē)類(lèi)型，相較于傳統(tǒng)的直流牽引電機(jī)車(chē)具有質(zhì)量輕、體積小、運(yùn)行穩(wěn)定性佳、作業(yè)維護(hù)簡(jiǎn)便、無(wú)需配設(shè)滑環(huán)與換向裝置，防爆性能優(yōu)良的諸多優(yōu)勢(shì)，加之變頻調(diào)速技術(shù)良好的節(jié)能效果?？梢哉f(shuō)，在交流牽引電機(jī)車(chē)必將成為今后井下電機(jī)車(chē)的主流形式。因此結(jié)合其運(yùn)行特征和使用需求，探究有效的電機(jī)車(chē)交流變頻控制方案，構(gòu)建性能優(yōu)良的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。

1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

基于DSPIC30F6010A型十六位單片機(jī)，設(shè)計(jì)研發(fā)一種電機(jī)車(chē)交流變頻控制系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)有蓄電池供應(yīng)直流電壓，并經(jīng)由三相逆變控制單元將直流電調(diào)控成頻率可控的三相交流電。整個(gè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成組件囊括蓄電池、充電及電容模塊、三相逆變電橋、電流傳感組件、驅(qū)動(dòng)模塊、檢測(cè)模塊、單片機(jī)控制電路等[1-2]。

2DSPIC30F6010A型單片機(jī)控制系統(tǒng)

DSPIC30F6010A單片機(jī)控制電路為系統(tǒng)功能得以有效實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵核心，整個(gè)控制電路囊括五大構(gòu)成部分：一是由DSPIC30F6010A型單片機(jī)、速度檢測(cè)電路、數(shù)字輸入信號(hào)端等構(gòu)成的DSP（數(shù)字信號(hào)處理）數(shù)字系統(tǒng)，其可以有效開(kāi)展各類(lèi)數(shù)字運(yùn)算、子模塊調(diào)控以及電機(jī)車(chē)啟停運(yùn)行、點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行、多段速設(shè)定等功效；二是運(yùn)行模擬量接口電路，其構(gòu)成組件包括電流電壓檢測(cè)模塊、溫度監(jiān)測(cè)模塊、運(yùn)行速度設(shè)定模塊等，功效是為DSP系統(tǒng)采集數(shù)字信息；三是IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）驅(qū)動(dòng)電路，該電路能夠?qū)腄SP系統(tǒng)中輸出的SPWM（脈沖寬度調(diào)制）訊號(hào)轉(zhuǎn)換為能夠調(diào)控IGBT系統(tǒng)的脈沖訊號(hào)。此外，當(dāng)IGBT系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)載或短路現(xiàn)象時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電路課自行向DSP系統(tǒng)發(fā)送故障訊號(hào)；四是CAN（現(xiàn)場(chǎng)總線）通訊電路；五是液晶顯示模塊和鍵盤(pán)錄入模塊，其中錄入模塊能夠借助外接的鍵盤(pán)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)定各類(lèi)參數(shù)，譬如控制電機(jī)車(chē)的啟動(dòng)或停止，設(shè)定電機(jī)車(chē)運(yùn)行維持在某一速度值等，而液晶顯示模塊核心功能便是對(duì)電機(jī)車(chē)運(yùn)行中的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)對(duì)運(yùn)行中存在的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄[3-4]。

3軟件系統(tǒng)分析

所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)配套軟件程序主要包含作業(yè)操控主程序、捕捉中斷程序、定時(shí)中斷服務(wù)程序、異步通訊中斷程序、總線通訊中斷程序等子程序。主程序的核心功能是完成系統(tǒng)運(yùn)行的初始化和設(shè)定相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)，同時(shí)確保數(shù)據(jù)寄存裝置的有效初始化以及各類(lèi)中斷功能運(yùn)行的有效性。異步通訊中斷程序的核心功能是實(shí)現(xiàn)同錄入鍵盤(pán)之間的有效對(duì)接，一方面實(shí)時(shí)接收鍵盤(pán)所傳輸?shù)南到y(tǒng)運(yùn)行指令，另一方面將控制系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)和故障信息等實(shí)時(shí)傳輸至鍵盤(pán)進(jìn)行顯示，便于操作者了解運(yùn)行狀況[5]。捕獲中斷程序的核心功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)占空比同周期寄存裝置內(nèi)部的數(shù)據(jù)更新，并解算出相應(yīng)的占空比，完成脈沖寬度調(diào)制波的產(chǎn)生于輸出。定時(shí)中斷服務(wù)程序的核心功能主要有三點(diǎn)：一是對(duì)系統(tǒng)外界端口的各類(lèi)子信號(hào)進(jìn)行采樣作業(yè)，一般包括電機(jī)啟停信號(hào)、運(yùn)動(dòng)方向信號(hào)、速度信號(hào)、故障信號(hào)以及復(fù)位信號(hào)等；二是針對(duì)運(yùn)行時(shí)電路中的直流電壓、三相電流、電路溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和分析；三是針對(duì)電機(jī)開(kāi)展缺相檢查、轉(zhuǎn)矩跟蹤與補(bǔ)償解算、V/F曲線求解、穩(wěn)壓求解、死區(qū)補(bǔ)償求解、相位累加求解、寄存裝置數(shù)值求解、過(guò)載過(guò)流求解等[6]。

4系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

當(dāng)電機(jī)車(chē)空載啟動(dòng)時(shí)，其電流波形如圖3-1所示，電機(jī)車(chē)可在5s內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效的啟動(dòng)操作，并進(jìn)入運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)結(jié)合圖片內(nèi)容可知，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)其啟動(dòng)電流波形穩(wěn)定性保持良好。此時(shí)電流值約為125A，電壓值約為180V均處于安全運(yùn)行區(qū)間范圍內(nèi)，同時(shí)由圖片波形狀態(tài)可知，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，安全5結(jié)語(yǔ)本次設(shè)計(jì)基于DSPIC30F6010A型單片機(jī)開(kāi)展，所設(shè)計(jì)電機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模塊區(qū)分鮮明，功能設(shè)置合理，能夠結(jié)合具體的實(shí)際使用需求設(shè)定相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)，從而確保了電機(jī)車(chē)在不同作業(yè)環(huán)境下使用的有效性。加之所配套軟件程序功能眾多，具備良好可移植性，極大地方便了不同型號(hào)電機(jī)車(chē)的使用需求。

參考文獻(xiàn)

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作者:趙樹(shù)欣 單位:山西汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦