武 勃

（西山煤電（集團）有限責(zé)任公司發(fā)電分公司， 山西 太原 030024）

引言

礦山機電電車主要由機械傳動系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)組成，其電氣控制系統(tǒng)是保證電機車能夠安全高效運行的關(guān)鍵，而其所處的環(huán)境比較惡劣[1]，但又是必不可少的運輸工具，因此必須設(shè)計一個穩(wěn)定高效的控制系統(tǒng)，用來確保礦山機車能夠長時間平穩(wěn)運行且維修方便[2-3]。

1 礦山機電電車電氣系統(tǒng)的總體設(shè)計

如圖1所示，通過以dsPIC35F6110A單片機為基礎(chǔ)設(shè)計其動力傳輸系統(tǒng)，可以實現(xiàn)與礦山機電電車的實際系統(tǒng)相匹配，同時對機車的軟硬件系統(tǒng)分別進行設(shè)計。礦山機電電氣系統(tǒng)硬件由異步電機、主回路、下位機以及驅(qū)動部分構(gòu)成；系統(tǒng)軟件則主要是監(jiān)測系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)?？紤]到礦山機電所在地區(qū)的硬件條件限制，礦山機電電氣系統(tǒng)采用蓄電池或者電線為其供電。以dsPIC35F6110A單片機作為下位機的控制核心組件?？刂平M件由放大電路、PWM電路、電壓及電流檢測、過流及過載保護裝置等組成[4-5]。

礦山機電電氣系統(tǒng)的軟件，由位于上位機的監(jiān)控軟件以及位于下位機處的機車控制軟件構(gòu)成。監(jiān)控軟件使用CAN交換協(xié)議與下位機車控制軟件進行及時通訊，與此同時也可在下位機上設(shè)置電機的運行參數(shù)以及狀態(tài)顯示，通過實時的后臺監(jiān)控，用來掌握電氣系統(tǒng)的具體運行參數(shù)并對可能產(chǎn)生的故障進行分析。

下位機機車控制軟件通過采用矢量控制方式，用來改變速度和力矩。上位機和下位機兩個部分組成的系統(tǒng)可以實現(xiàn)對礦山機電電車的實際控制，礦山機電電氣系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 礦山機電電氣系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)布置示意圖

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)組成示意圖

1.1 主電路系統(tǒng)設(shè)計

圖3 為電氣系統(tǒng)主回路設(shè)計圖，該系統(tǒng)設(shè)計采用的是直流供電模式。該主電路可細(xì)分為預(yù)充電電路、放電電路以及由多個NPN型三極管所組成的逆變電路。其中預(yù)充電電路中的電容C1和C2是高頻電容，用以濾除電源中的高頻干擾信號，C3是極性母線電容，直流電源DC對C3進行充電。放電電路中，單片機通過對三極管T7基極施加高電平使之導(dǎo)通并通過電阻R2進行放電。逆變電路共包含六個NPN型三極管，每個三極管的集電極與發(fā)射極通過反向并聯(lián)二極管實現(xiàn)擊穿保護。單片機通過六個引腳輸出PWM信號控制每個三極管基極電流，進而實現(xiàn)直流電源到三相交流電的逆變轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)回路采用的則是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的主回路，用以保證三相異步電機可以與供電系統(tǒng)相匹配。

圖3 電氣系統(tǒng)的主回路設(shè)計示意圖

1.2 下位機電路硬件設(shè)計

如圖4所示，硬件部分以dsPIC35F6110A單片機為核心基礎(chǔ)，電壓和電流檢測則是運用AD轉(zhuǎn)換裝置作為輸入信號，司機通過IO口進行操作，通訊及放電電路與dsPIC35F6110A單片機進行鏈接通訊，通訊協(xié)議通過dsPIC35F6110A單片機轉(zhuǎn)成測速電信息、PWM信號、故障和保護電路信號，再經(jīng)由反饋電路對信息進行二次調(diào)節(jié)。

圖4 系統(tǒng)下位機電路設(shè)計布置示意圖

1.3 下位機軟件設(shè)計

下位機接收來自于上位機的反饋信息，下位機的硬件設(shè)計主要解決通信接口，控制電路的設(shè)計以及模擬信號采樣電路設(shè)計，設(shè)計時需考量被檢測信號的通道數(shù)、變化速度、分辨率、測量精度、速度，所以下位機必須通過矢量算法進行控制。

1.4 上位機軟件設(shè)計

上位機采用的是Microsoft Visual C++Vision 6作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，通過上位機來實現(xiàn)的主要功能是基于操作平臺的人機信息傳遞，以達到對礦用機電電車快速、精確控制的目的。礦山電車中電流、電壓、轉(zhuǎn)速等顯示、保存及其他功能是通過上位機軟件直接讀取顯示。

上位機軟件設(shè)計包括了軟件開始控制界面及相關(guān)參數(shù)控制修改界面，如圖5所示。

圖5 上位機軟件數(shù)據(jù)修改界面

從圖5可以明顯看出上位機系統(tǒng)不僅可以檢測出通訊狀態(tài)、查詢系統(tǒng)可能存在的故障，還可以對通訊狀態(tài)進行修改，采用RAM和EEPROM功能可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)直觀顯示的功能，對于操作者來說，可以對其調(diào)試、修改。

2 結(jié)語

本文礦山機械電氣系統(tǒng)的設(shè)計包括基于單片機進行總體的電路設(shè)計以及數(shù)據(jù)處理。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對礦山機電電車的矢量控制和力矩控制，經(jīng)實驗測試和分析驗證這套系統(tǒng)不僅符合礦山機械的使用要求，而且始終處于一種良好的狀態(tài)。

[1]張迪.礦山采掘機械設(shè)備的維修與管理[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2018（3）：74-75.

[2]劉和平，鄭群英，江渝，等.dsPIC通用數(shù)字信號控制器原理及應(yīng)用—基于dsPIC30F系列[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

[3]楊居義.單片機課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[4]鈴木雅臣.晶體管電路設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[5]胡鄧華，馮剛，孫際哲.基于STC單片機的數(shù)字采控電路設(shè)計

[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2018（8）：53-56.