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基于rabbit3000单片机的采煤液压支架控制系统研究

基于 rabbit3000 单片机的采煤液压支架控制系统研究
来源:中国论文下载中心 [ 10-05-20 14:39:00 ] 作者:刘玉慧 王丙军 编辑:studa20

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* (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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