喬永軍+于宏溪+孫麗霞

摘要針對久益7LS06-LWS579型電牽引采煤機的功能、特點及現(xiàn)存問題，提出一種基于CAN通訊的總線電控系統(tǒng)，并用于替換原機的JNA控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化。

關(guān)鍵詞采煤機電控系統(tǒng)；CAN；總線控制；國產(chǎn)化

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0101-02

7LS06-LWS579型電牽引采煤機是神華神東集團現(xiàn)有比較陳舊的機型，不僅存在著使用年限較長、機型較老、電氣系統(tǒng)較陳舊等缺點，而且該類型的采煤機常出現(xiàn)配件供應不及時，甚至無配件的問題，這對該類型采煤機的使用和維修帶來很大不便，為解決此類問題現(xiàn)將其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化，具體系統(tǒng)簡述如下。

1系統(tǒng)特點

1）系統(tǒng)概括。該電控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于模塊化設(shè)計，方便維修與維護；安裝時避免每個模塊精確定位，有效縮短安裝工時；合理分配模塊重量，減少工作強度；模塊按功能劃分，排故更加方便；DCS（分散控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)，每一個模塊損壞不會影響其他模塊；模塊可以互換，節(jié)省了備件庫存；故障診斷變得智能化，提高故障診斷效率，減低工人排故困難。

2）CAN總線特點。①CAN可以是對等結(jié)構(gòu)，即多主機工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通訊方式靈活。②CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。③CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用非破壞性仲裁技術(shù)，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送，在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。④數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。⑤CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計，特別適合工業(yè)設(shè)各測控單元互連。因此備受工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

2系統(tǒng)組成

本采煤機電控系統(tǒng)可為3300V電壓等級的采煤機配套使用，其整體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

該電控系統(tǒng)的組成可大致分成若干單元，主要包括：接觸器單元、控制變壓器單元、各功能模塊單元、牽引變頻器單元等，各單元組成及功能介紹如下。

1）接觸器單元。此單元主要由真空接觸器、電流互感器、漏電閉鎖模塊組成，主要實現(xiàn)各電機回路的啟停控制、電流檢測、漏電閉鎖保護等功能。

2）控制變壓器單元。此單元主要由變壓器、熔斷器、斷路器、開關(guān)電源、隔離電壓變送器、整流模塊以及本安電源模塊等組成，其不僅為整個系統(tǒng)提供控制電源，而且可為外部傳感器和電磁閥等設(shè)備提供電源。

3）各功能模塊單元。此單元由一些彼此獨立且功能各異的模塊組成，可根據(jù)實際情況隨意增添或減少模塊數(shù)量，同時可根據(jù)模塊功能和煤機電控箱機械結(jié)構(gòu)確定各模塊安裝位置，由于各功能模塊體積小且彼此獨立，使安裝、更換和維修更加方便。主要包括：主控器、顯示器模塊、CAN總線信號采集模塊、模擬量檢測模塊、溫度檢測模塊、總線隔離模塊、礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等，各模塊功能概括如下。

主控器：是整個控制系統(tǒng)的核心，它接收來自CAN總線和自身的輸入信號，對其進行處理并發(fā)出相應指令，各指令再通過總線和自身輸出端口發(fā)送到相應模塊和設(shè)備，控制其動作，從而實現(xiàn)各電機的啟?？刂?、各電磁閥通斷控制以及各故障保護動作控制等等；同時它通過另一條總線與顯示器模塊通訊，將系統(tǒng)運行狀態(tài)和信息傳反映到顯示屏上。

CAN總線信號采集模塊：采集內(nèi)/外部開關(guān)量、模擬量及高速脈沖信號，通過CAN總線送至主控器，同時從CAN總線上接受主控器輸出指令，實現(xiàn)電磁閥等設(shè)備的控制。

模擬量檢測模塊：檢測內(nèi)/外部各模擬量信號并通過總線送至主控器。

溫度檢測模塊：檢測內(nèi)/外部各溫度信號并通過總線送至主控器，在本采煤機系統(tǒng)中此模塊主要用來檢測各電機溫度。

總線隔離模塊：主要用于變頻器單元的隔離，從而減小總線干擾、提高運行安全可靠性。

礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等：通過操作遙控器可實現(xiàn)滾筒調(diào)高、牽引控制、啟動操作、急停、參數(shù)及屏蔽設(shè)置等操作。

4）牽引變頻單元。該單元主要由兩現(xiàn)象或四象限變頻器、電容電抗器組、熔斷器等組成，冷卻方式為底板水冷，實現(xiàn)煤機的前/后行走。

變頻拖動系統(tǒng)以ABB變頻技術(shù)為核心，控制方式可分成兩種：其中一種是變頻器與主控器之間通過CAN總線連接完成所有控制、保護、參數(shù)設(shè)置及故障查詢功能；另一種是通過變頻器I/O端口進行啟停、加減速控制以及變頻器故障狀態(tài)和其他信息（如電流、母線電壓）反饋。

變頻器一般情況下，驅(qū)動方式為一拖一，應急時能夠一拖二運行（應急方式下變頻器不能長時運行，且電機只能工作在70%Ie以下）。

3系統(tǒng)應用

目前，該電控系統(tǒng)已成功應用于煤礦井下，主要分布神華榆家梁礦、神華保德礦以及神華大柳塔礦等，各系統(tǒng)均穩(wěn)定運行至今。

4結(jié)論

通過現(xiàn)場的實際使用情況和驗證，表明該模塊化采煤機電控系統(tǒng)具有較高的運行穩(wěn)定性、較低的故障率、較寬的功能擴展性，同時，使操作更簡單便捷；維修更方便高效；故障分析更智能化、高效化。

總之，該模塊化采煤機電控系統(tǒng)將成熟穩(wěn)定的CAN總線作為核心通信方式，大量選用當前國際國內(nèi)最先進的器件與技術(shù)，引領(lǐng)了當前煤機電控的發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1]周新建，閆二樂，趙亮.基于CAN總線采煤機的新型工況檢測系統(tǒng)[J].煤礦機械，2006（8）.

[2]程千里，梁鴻雁，朱勇剛.采煤機電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計[J].能源技術(shù)與管理，2011（5）.

endprint

摘要針對久益7LS06-LWS579型電牽引采煤機的功能、特點及現(xiàn)存問題，提出一種基于CAN通訊的總線電控系統(tǒng)，并用于替換原機的JNA控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化。

關(guān)鍵詞采煤機電控系統(tǒng)；CAN；總線控制；國產(chǎn)化

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0101-02

7LS06-LWS579型電牽引采煤機是神華神東集團現(xiàn)有比較陳舊的機型，不僅存在著使用年限較長、機型較老、電氣系統(tǒng)較陳舊等缺點，而且該類型的采煤機常出現(xiàn)配件供應不及時，甚至無配件的問題，這對該類型采煤機的使用和維修帶來很大不便，為解決此類問題現(xiàn)將其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化，具體系統(tǒng)簡述如下。

1系統(tǒng)特點

1）系統(tǒng)概括。該電控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于模塊化設(shè)計，方便維修與維護；安裝時避免每個模塊精確定位，有效縮短安裝工時；合理分配模塊重量，減少工作強度；模塊按功能劃分，排故更加方便；DCS（分散控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)，每一個模塊損壞不會影響其他模塊；模塊可以互換，節(jié)省了備件庫存；故障診斷變得智能化，提高故障診斷效率，減低工人排故困難。

2）CAN總線特點。①CAN可以是對等結(jié)構(gòu)，即多主機工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通訊方式靈活。②CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。③CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用非破壞性仲裁技術(shù)，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送，在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。④數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。⑤CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計，特別適合工業(yè)設(shè)各測控單元互連。因此備受工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

2系統(tǒng)組成

本采煤機電控系統(tǒng)可為3300V電壓等級的采煤機配套使用，其整體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

該電控系統(tǒng)的組成可大致分成若干單元，主要包括：接觸器單元、控制變壓器單元、各功能模塊單元、牽引變頻器單元等，各單元組成及功能介紹如下。

1）接觸器單元。此單元主要由真空接觸器、電流互感器、漏電閉鎖模塊組成，主要實現(xiàn)各電機回路的啟停控制、電流檢測、漏電閉鎖保護等功能。

2）控制變壓器單元。此單元主要由變壓器、熔斷器、斷路器、開關(guān)電源、隔離電壓變送器、整流模塊以及本安電源模塊等組成，其不僅為整個系統(tǒng)提供控制電源，而且可為外部傳感器和電磁閥等設(shè)備提供電源。

3）各功能模塊單元。此單元由一些彼此獨立且功能各異的模塊組成，可根據(jù)實際情況隨意增添或減少模塊數(shù)量，同時可根據(jù)模塊功能和煤機電控箱機械結(jié)構(gòu)確定各模塊安裝位置，由于各功能模塊體積小且彼此獨立，使安裝、更換和維修更加方便。主要包括：主控器、顯示器模塊、CAN總線信號采集模塊、模擬量檢測模塊、溫度檢測模塊、總線隔離模塊、礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等，各模塊功能概括如下。

主控器：是整個控制系統(tǒng)的核心，它接收來自CAN總線和自身的輸入信號，對其進行處理并發(fā)出相應指令，各指令再通過總線和自身輸出端口發(fā)送到相應模塊和設(shè)備，控制其動作，從而實現(xiàn)各電機的啟?？刂?、各電磁閥通斷控制以及各故障保護動作控制等等；同時它通過另一條總線與顯示器模塊通訊，將系統(tǒng)運行狀態(tài)和信息傳反映到顯示屏上。

CAN總線信號采集模塊：采集內(nèi)/外部開關(guān)量、模擬量及高速脈沖信號，通過CAN總線送至主控器，同時從CAN總線上接受主控器輸出指令，實現(xiàn)電磁閥等設(shè)備的控制。

模擬量檢測模塊：檢測內(nèi)/外部各模擬量信號并通過總線送至主控器。

溫度檢測模塊：檢測內(nèi)/外部各溫度信號并通過總線送至主控器，在本采煤機系統(tǒng)中此模塊主要用來檢測各電機溫度。

總線隔離模塊：主要用于變頻器單元的隔離，從而減小總線干擾、提高運行安全可靠性。

礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等：通過操作遙控器可實現(xiàn)滾筒調(diào)高、牽引控制、啟動操作、急停、參數(shù)及屏蔽設(shè)置等操作。

4）牽引變頻單元。該單元主要由兩現(xiàn)象或四象限變頻器、電容電抗器組、熔斷器等組成，冷卻方式為底板水冷，實現(xiàn)煤機的前/后行走。

變頻拖動系統(tǒng)以ABB變頻技術(shù)為核心，控制方式可分成兩種：其中一種是變頻器與主控器之間通過CAN總線連接完成所有控制、保護、參數(shù)設(shè)置及故障查詢功能；另一種是通過變頻器I/O端口進行啟停、加減速控制以及變頻器故障狀態(tài)和其他信息（如電流、母線電壓）反饋。

變頻器一般情況下，驅(qū)動方式為一拖一，應急時能夠一拖二運行（應急方式下變頻器不能長時運行，且電機只能工作在70%Ie以下）。

3系統(tǒng)應用

目前，該電控系統(tǒng)已成功應用于煤礦井下，主要分布神華榆家梁礦、神華保德礦以及神華大柳塔礦等，各系統(tǒng)均穩(wěn)定運行至今。

4結(jié)論

通過現(xiàn)場的實際使用情況和驗證，表明該模塊化采煤機電控系統(tǒng)具有較高的運行穩(wěn)定性、較低的故障率、較寬的功能擴展性，同時，使操作更簡單便捷；維修更方便高效；故障分析更智能化、高效化。

總之，該模塊化采煤機電控系統(tǒng)將成熟穩(wěn)定的CAN總線作為核心通信方式，大量選用當前國際國內(nèi)最先進的器件與技術(shù)，引領(lǐng)了當前煤機電控的發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1]周新建，閆二樂，趙亮.基于CAN總線采煤機的新型工況檢測系統(tǒng)[J].煤礦機械，2006（8）.

[2]程千里，梁鴻雁，朱勇剛.采煤機電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計[J].能源技術(shù)與管理，2011（5）.

endprint

摘要針對久益7LS06-LWS579型電牽引采煤機的功能、特點及現(xiàn)存問題，提出一種基于CAN通訊的總線電控系統(tǒng)，并用于替換原機的JNA控制系統(tǒng)，實現(xiàn)其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化。

關(guān)鍵詞采煤機電控系統(tǒng)；CAN；總線控制；國產(chǎn)化

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0101-02

7LS06-LWS579型電牽引采煤機是神華神東集團現(xiàn)有比較陳舊的機型，不僅存在著使用年限較長、機型較老、電氣系統(tǒng)較陳舊等缺點，而且該類型的采煤機常出現(xiàn)配件供應不及時，甚至無配件的問題，這對該類型采煤機的使用和維修帶來很大不便，為解決此類問題現(xiàn)將其電控系統(tǒng)國產(chǎn)化，具體系統(tǒng)簡述如下。

1系統(tǒng)特點

1）系統(tǒng)概括。該電控系統(tǒng)的優(yōu)勢主要在于模塊化設(shè)計，方便維修與維護；安裝時避免每個模塊精確定位，有效縮短安裝工時；合理分配模塊重量，減少工作強度；模塊按功能劃分，排故更加方便；DCS（分散控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)，每一個模塊損壞不會影響其他模塊；模塊可以互換，節(jié)省了備件庫存；故障診斷變得智能化，提高故障診斷效率，減低工人排故困難。

2）CAN總線特點。①CAN可以是對等結(jié)構(gòu)，即多主機工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點可以在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點發(fā)送信息，不分主從，通訊方式靈活。②CAN總線通信接口中集成了CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余校驗、優(yōu)先級判別等項工作。③CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，代之以對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼。采用非破壞性仲裁技術(shù)，當兩個節(jié)點同時向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點自動 停止發(fā)送，在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。④數(shù)據(jù)段長度最多為8個字節(jié)，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)及測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)不會占用總線時間過長，從而保證了通信的實時性。⑤CAN協(xié)議采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。CAN總線所具有的卓越性能、極高的可靠性和獨特設(shè)計，特別適合工業(yè)設(shè)各測控單元互連。因此備受工業(yè)界的重視，并已公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。

2系統(tǒng)組成

本采煤機電控系統(tǒng)可為3300V電壓等級的采煤機配套使用，其整體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

該電控系統(tǒng)的組成可大致分成若干單元，主要包括：接觸器單元、控制變壓器單元、各功能模塊單元、牽引變頻器單元等，各單元組成及功能介紹如下。

1）接觸器單元。此單元主要由真空接觸器、電流互感器、漏電閉鎖模塊組成，主要實現(xiàn)各電機回路的啟?？刂啤㈦娏鳈z測、漏電閉鎖保護等功能。

2）控制變壓器單元。此單元主要由變壓器、熔斷器、斷路器、開關(guān)電源、隔離電壓變送器、整流模塊以及本安電源模塊等組成，其不僅為整個系統(tǒng)提供控制電源，而且可為外部傳感器和電磁閥等設(shè)備提供電源。

3）各功能模塊單元。此單元由一些彼此獨立且功能各異的模塊組成，可根據(jù)實際情況隨意增添或減少模塊數(shù)量，同時可根據(jù)模塊功能和煤機電控箱機械結(jié)構(gòu)確定各模塊安裝位置，由于各功能模塊體積小且彼此獨立，使安裝、更換和維修更加方便。主要包括：主控器、顯示器模塊、CAN總線信號采集模塊、模擬量檢測模塊、溫度檢測模塊、總線隔離模塊、礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等，各模塊功能概括如下。

主控器：是整個控制系統(tǒng)的核心，它接收來自CAN總線和自身的輸入信號，對其進行處理并發(fā)出相應指令，各指令再通過總線和自身輸出端口發(fā)送到相應模塊和設(shè)備，控制其動作，從而實現(xiàn)各電機的啟?？刂?、各電磁閥通斷控制以及各故障保護動作控制等等；同時它通過另一條總線與顯示器模塊通訊，將系統(tǒng)運行狀態(tài)和信息傳反映到顯示屏上。

CAN總線信號采集模塊：采集內(nèi)/外部開關(guān)量、模擬量及高速脈沖信號，通過CAN總線送至主控器，同時從CAN總線上接受主控器輸出指令，實現(xiàn)電磁閥等設(shè)備的控制。

模擬量檢測模塊：檢測內(nèi)/外部各模擬量信號并通過總線送至主控器。

溫度檢測模塊：檢測內(nèi)/外部各溫度信號并通過總線送至主控器，在本采煤機系統(tǒng)中此模塊主要用來檢測各電機溫度。

總線隔離模塊：主要用于變頻器單元的隔離，從而減小總線干擾、提高運行安全可靠性。

礦用本安型遙控發(fā)射機及CAN遙控接收模塊等：通過操作遙控器可實現(xiàn)滾筒調(diào)高、牽引控制、啟動操作、急停、參數(shù)及屏蔽設(shè)置等操作。

4）牽引變頻單元。該單元主要由兩現(xiàn)象或四象限變頻器、電容電抗器組、熔斷器等組成，冷卻方式為底板水冷，實現(xiàn)煤機的前/后行走。

變頻拖動系統(tǒng)以ABB變頻技術(shù)為核心，控制方式可分成兩種：其中一種是變頻器與主控器之間通過CAN總線連接完成所有控制、保護、參數(shù)設(shè)置及故障查詢功能；另一種是通過變頻器I/O端口進行啟停、加減速控制以及變頻器故障狀態(tài)和其他信息（如電流、母線電壓）反饋。

變頻器一般情況下，驅(qū)動方式為一拖一，應急時能夠一拖二運行（應急方式下變頻器不能長時運行，且電機只能工作在70%Ie以下）。

3系統(tǒng)應用

目前，該電控系統(tǒng)已成功應用于煤礦井下，主要分布神華榆家梁礦、神華保德礦以及神華大柳塔礦等，各系統(tǒng)均穩(wěn)定運行至今。

4結(jié)論

通過現(xiàn)場的實際使用情況和驗證，表明該模塊化采煤機電控系統(tǒng)具有較高的運行穩(wěn)定性、較低的故障率、較寬的功能擴展性，同時，使操作更簡單便捷；維修更方便高效；故障分析更智能化、高效化。

總之，該模塊化采煤機電控系統(tǒng)將成熟穩(wěn)定的CAN總線作為核心通信方式，大量選用當前國際國內(nèi)最先進的器件與技術(shù)，引領(lǐng)了當前煤機電控的發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1]周新建，閆二樂，趙亮.基于CAN總線采煤機的新型工況檢測系統(tǒng)[J].煤礦機械，2006（8）.

[2]程千里，梁鴻雁，朱勇剛.采煤機電控系統(tǒng)模塊化設(shè)計[J].能源技術(shù)與管理，2011（5）.

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