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        一種井下鏟運(yùn)機(jī)無線遙控系統(tǒng)

        2018-03-23 02:47:19王亞東田立勇謝廣峰
        金屬礦山 2018年3期
        關(guān)鍵詞:鏟運(yùn)機(jī)礦房子程序

        王亞東 田立勇 李 勝 謝廣峰

        (1.河北鋼鐵集團(tuán)礦山設(shè)計有限公司 河北 灤縣 063700;2.河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦,河北 遵化 064200)

        生產(chǎn)安全歷來受到人們的關(guān)注,并且隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展,更加受到人們的重視,與此同時提高生產(chǎn)安全的技術(shù)也獲得了廣泛的發(fā)展。井下鏟運(yùn)機(jī)無線遙控系統(tǒng)就是隨著通信技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。井下采礦歷來是危險程度較高的作業(yè),尤其是進(jìn)入礦房鏟取礦石的過程。在鏟取礦石的過程中,爆破后的礦石會產(chǎn)生移動,而礦石的移動則對于鏟運(yùn)機(jī)及其駕駛員產(chǎn)生極大的安全威脅。如果采用遙控系統(tǒng)控制鏟運(yùn)機(jī),操作人員可以不用隨鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入礦房,在礦房外面操作鏟運(yùn)機(jī)即可完成鏟料作業(yè)。使操作人員遠(yuǎn)離危險區(qū)域,這無疑在很大程度上保證了操作人員的安全。遙控操作系統(tǒng)屬于視距內(nèi)作業(yè),鏟運(yùn)機(jī)改造起來相對簡單,無需建設(shè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),沒有網(wǎng)絡(luò)延遲,實時性好,工作可靠,投入低見效快。可以顯著地提高安全效益,并可以在一定程度上提高經(jīng)濟(jì)效益。

        1 硬件部分

        遙控操作系統(tǒng)主要由2部分組成:其一為遙控器,負(fù)責(zé)發(fā)送控制命令,顯示車輛及遙控器的狀態(tài)信息。其二為車載控制器,負(fù)責(zé)接收遙控器及車載手柄、按鈕發(fā)出的命令,并將接收到的命令進(jìn)行解析,實現(xiàn)對車輛的控制。同時其兼具車輛狀態(tài)的監(jiān)督及連鎖保護(hù),防止錯誤的操作對車輛造成損害。

        1.1 遙控器

        遙控器主要由以下幾部分組成:①操作部分,包括操作手柄、按鈕、換擋開關(guān)、撥動開關(guān);②顯示報警部分,包括1個OLED顯示模塊及1個蜂鳴器;③無線收發(fā)部分,包括1個無線收發(fā)模塊及其天線;④電源部分,包括電池、DC-DC電源模塊、電壓模擬量輸出部分;⑤核心控制部分,包括1個核心控制板。

        結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

        圖1 遙控器結(jié)構(gòu)框圖

        數(shù)字量的輸入主要集中在操作部分,其中的按鈕、撥動開關(guān)等部件采用按鍵掃描程序讀取其開關(guān)狀態(tài)。模擬量的輸入主要為操作手柄及電源電壓的輸出,電壓輸出范圍0~3.3 V。模擬量的輸入采用AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行掃描讀取。核心控制器與無線收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)交換是通過串口實現(xiàn)的,數(shù)據(jù)的收發(fā)采用DMA控制器控制,提高了數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠度并減輕了CPU的工作量。電源部分負(fù)責(zé)為其余部分提供合適的工作電壓。

        1.2 車載控制器

        車載控制器主要由以下部分組成:①IO部分,主要包括傳感器、車載控制手柄、電子油門、開關(guān)等數(shù)字模擬量輸入及電磁閥、變矩器、燈、喇叭等的控制輸出。② CAN通信接口,CAN通信接口作為預(yù)留端口,可以與其他CAN通信設(shè)備通信實現(xiàn)功能的拓展。③無線收發(fā)部分,包括無線收發(fā)模塊及其配套天線。④電源部分,主要包括DC-DC電源模塊、電壓模擬量輸出,電池采用原車自帶的蓄電池。⑤核心控制部分,系為ARM處理器的最小核心系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

        圖2 車載控制器結(jié)構(gòu)框圖

        IO部分是車載控制器與鏟運(yùn)機(jī)交互的信息接口。負(fù)責(zé)采集機(jī)油壓力、機(jī)油溫度、缸蓋溫度、蓄電池電壓、發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)、皮帶斷裂、回油堵塞、蓄能器壓力等信息,控制轉(zhuǎn)向、鏟斗裝卸料、鏟臂升降、熄火、剎車、駐車等電磁閥及喇叭、燈、油門等設(shè)備的動作。IO部分同樣可以采集車載控制手柄、電子油門、開關(guān)按鈕等信息,使得鏟運(yùn)機(jī)不光能夠?qū)崿F(xiàn)遙控控制,也可以本地操作。IO部分是整個系統(tǒng)非常重要的部分??刂坪诵囊环矫娓鶕?jù)傳感器采集到的車輛狀態(tài)信息、通信狀態(tài)信息,產(chǎn)生相應(yīng)的標(biāo)志位。另一方面接收控制命令,解析命令,并與車輛控制策略及車輛狀態(tài)對比產(chǎn)生正確的輸出。

        2 軟件部分

        2.1 遙控器

        遙控器主程序的工作流程如圖3所示。

        圖3 遙控器主程序流程

        圖3中初始化程序?qū)崿F(xiàn)GPIO、DMA、USART、SPI等端口功能的配置,自檢程序主要檢查手柄的位置是否處于中間的位置,如果不是則停止運(yùn)行并發(fā)出警告。OLED程序?qū)崿F(xiàn)各種狀態(tài)數(shù)據(jù)的OLED顯示。按鍵掃描程序掃描按鍵的開合狀態(tài)并消除抖動的干擾。

        圖4中有2個中斷子程序:DMA1-ADC1通道中斷子程序和DMA1-USART2發(fā)送通道中斷子程序。DMA1-ADC1通道中斷子程序是在ADC1掃描端口、完成ADC轉(zhuǎn)換、DMA控制數(shù)據(jù)存儲并且存儲的數(shù)據(jù)個數(shù)達(dá)到設(shè)定值后,DMA- ADC1觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸完成中斷,清除中斷標(biāo)志位。在判斷自檢結(jié)束的前提下,DMA1-ADC1通道中斷子程序啟動開啟DMA1-USART2發(fā)送通道發(fā)送數(shù)據(jù)。DMA1-USART2通道發(fā)送完畢后觸發(fā)發(fā)送完畢的中斷關(guān)閉DMA1-USART2發(fā)送通道。如果沒有關(guān)閉的這一個過程,數(shù)據(jù)將不停地發(fā)送。這2個中斷子程序相互配合完成了模擬量數(shù)據(jù)采集,控制命令的發(fā)送。

        圖4 DMA中斷程序

        圖5中DMA1-USART2發(fā)送通道開啟USART2空閑中斷子程序的作用主要有2方面:一是在DMA-USART接收通道接收的數(shù)據(jù)完整時對整幀進(jìn)行CRC校驗,以判斷接收的數(shù)據(jù)是否正確,正確后即可使用;二是在DMA-USART接收通道接收的數(shù)據(jù)不完整時,重置DMA-USART接收通道的計數(shù)器,以確保下一幀數(shù)據(jù)能夠正常接收,這是一個自我糾正的程序。

        圖5 USART2 空閑中斷子程序

        2.2 車載控制器

        圖6是車載控制器的主要程序流程圖。

        圖6 車載控制器主要程序流程

        定時器中斷子程序作為一個監(jiān)視程序,獨(dú)立于主程序。當(dāng)出現(xiàn)故障狀態(tài)時在規(guī)定的時間處理完畢。運(yùn)算處理程序把接收到的控制信息,依據(jù)控制策略、車輛狀態(tài)、輸出形式轉(zhuǎn)換成所需的數(shù)據(jù),統(tǒng)一放到輸出緩存器中,最后由輸出程序進(jìn)行統(tǒng)一輸出。

        車載控制器同樣具有遙控器中所列的中斷程序,以便完成模擬量采集、通信數(shù)據(jù)幀的收發(fā)等功能。

        3 系統(tǒng)應(yīng)用

        該系統(tǒng)先應(yīng)用于井下鏟運(yùn)機(jī),由于我們改造的鏟運(yùn)機(jī)本身是機(jī)械操控的,所以需要對其進(jìn)行電控系統(tǒng)改造,將機(jī)械控制的閥門改造成電磁控制的閥門,并根據(jù)需要增加一些傳感器,如轉(zhuǎn)速傳感器,軸編碼器等。車載控制器采集車輛傳感器的信息,依據(jù)傳感器的狀態(tài)及遙控器信息或車載控制手柄的信息控制車輛的運(yùn)行。車輛有2種運(yùn)行模式,一是遙控模式,在視距范圍內(nèi)通過在車外操縱遙控器來控制車輛作業(yè);二是本地控制模式,人在車內(nèi)通過車上的控制手柄來控制車輛的運(yùn)行。遙控模式適合鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入危險程度高的處所作業(yè),如礦房內(nèi),當(dāng)車輛退出危險處所后,操作人員上車作業(yè)。這樣既保證了人員的安全,也保證了操控的靈活高效。

        對于更加先進(jìn)的電控系統(tǒng)鏟運(yùn)機(jī),可以將輸出控制、信息采集與原有系統(tǒng)進(jìn)行并聯(lián),遙控作業(yè)采用本遙控系統(tǒng),本地作業(yè)可采用原有的操控系統(tǒng),改造的工作量會更小一些。

        4 結(jié) 論

        該遙控系統(tǒng)在實際運(yùn)行中,工作穩(wěn)定可靠,有效實現(xiàn)了對鏟運(yùn)機(jī)的控制。在礦房外操控鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)入礦房鏟取礦石,運(yùn)至礦房外面;切換到本地操作,駕駛車輛行進(jìn)至溜井卸料處,將礦石卸入溜井之中,再駕駛回到礦房外,依次循環(huán)往復(fù)。該系統(tǒng)改造投入小、見效快、建設(shè)周期短,對于復(fù)雜的地下環(huán)境尤為適合,可以在最大程度上保障人身安全的前提下,提高作業(yè)的效率。

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