暴慶保，廉自生

（1.太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024；2.太重煤機(jī)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

仿形切割是通過(guò)在數(shù)據(jù)采集模式下，由采煤機(jī)司機(jī)操作采煤機(jī)沿高低起伏的工作面煤層先割一刀，控制系統(tǒng)將采煤機(jī)運(yùn)行的路線采集存入PLC 的記憶存儲(chǔ)單元，進(jìn)入仿形切割模式后，采煤機(jī)將按先前采集的運(yùn)行狀態(tài)和動(dòng)作指令運(yùn)行。采煤機(jī)是綜合機(jī)械化采煤工作面的主要設(shè)備之一，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)仿形切割不僅是實(shí)現(xiàn)采煤工作面生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的重要環(huán)節(jié)，而且對(duì)延長(zhǎng)機(jī)器壽命、提高設(shè)備的可靠性、保障工人安全、提高煤炭質(zhì)量具有重要意義，對(duì)煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也有較大的促進(jìn)作用。仿形切割是實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作面的基礎(chǔ)，而仿形切割基準(zhǔn)的選擇和應(yīng)用則是實(shí)現(xiàn)仿形切割的核心。本文介紹一種基于編碼器的參考基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用方法。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

具有編碼器輸出的主、從動(dòng)輪聯(lián)接結(jié)構(gòu)如圖1所示。驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)行走的驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。中心軸連接光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，由光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得A、B、C、D 四組正弦波信號(hào)，每個(gè)正弦波相差90°（一個(gè)周波為360°），將C、D 信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)信號(hào)的穩(wěn)定性；另外，每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90°，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前來(lái)判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤選擇金屬碼盤，其精度高、抗沖擊能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)。分辨率為2 400線／周，信號(hào)輸出為集電極開路NPN。

圖1 具有編碼器的主、從動(dòng)輪聯(lián)接結(jié)構(gòu)圖

2 信號(hào)處理電路

信號(hào)處理電路框圖見(jiàn)圖2。

（1）電源模塊：采用單電源輸入12V～24V，單路輸出3.3V，當(dāng)外部供電時(shí)對(duì)電池組充電，當(dāng)外部電源停止時(shí)電池組供電。

圖2 信號(hào)處理電路框圖

（2）信號(hào)濾波模塊：采用電阻網(wǎng)限流分壓，輸出為3.3V 脈沖信號(hào)。

（3）存儲(chǔ)器：選用非易失存儲(chǔ)器MB85RS16。

（4）控制器：選用單片機(jī)80C51F310，主頻12MHz，低功耗工作模式。（5）通訊接口模塊：采用RS－485，波特率為9 600b／s，8位數(shù)據(jù)位，無(wú)校驗(yàn)。

3 程序流程

主程序流程圖見(jiàn)圖3。

圖3 主程序流程圖

微處理器檢測(cè)旋轉(zhuǎn)編碼器A、B相狀態(tài)，根據(jù)該狀態(tài)確定脈沖方向，統(tǒng)計(jì)脈沖數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。微處理器響應(yīng)串口中斷，將脈沖數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心。

4 結(jié)語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)編碼器信號(hào)的獨(dú)立處理方式保證了采煤機(jī)參考基準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，即使在設(shè)備停電狀態(tài)下發(fā)生移動(dòng)也不影響后續(xù)仿形切割，有效地減小了仿形切割的累積誤差，同時(shí)保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用中證明此設(shè)計(jì)是合理的。

［1］ 國(guó)際電工委員會(huì).IEC60079－0：1998爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第0部分：通用要求［S］.［s.l.］：IEC，1998.

［2］ 南陽(yáng)防爆電氣研究所.GB3836－2000爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備第1 部分：通用要求［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000：1－39.