基于rabbit3000單片機(jī)的采煤液壓支架控制系統(tǒng)研究

摘要:介紹了采煤液壓支架控制系統(tǒng)的工作原理和實(shí)現(xiàn)的功能，提出了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了支架的聯(lián)網(wǎng)控制。

關(guān)鍵詞:單片機(jī) 液壓支架 控制系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào):TD355+.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-8209(2009)10-0084-02

1 前言

采煤液壓支架電流控制系統(tǒng)是目前液壓支架最先進(jìn)的控制方式，是集機(jī)械、電子、液壓、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)于一體，技術(shù)含量高、難度大，應(yīng)用于煤礦井下生產(chǎn)的一項(xiàng)高技術(shù)產(chǎn)品。它按照采煤工藝對(duì)采煤工作面液壓支架進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，使液壓支架與其它采煤設(shè)備(采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī))協(xié)調(diào)工作，充分發(fā)揮現(xiàn)代化采煤機(jī)械的生產(chǎn)效率。

2 系統(tǒng)工作原理和功能

采煤支架控制系統(tǒng)以低功耗、功能強(qiáng)大的、具有嵌入式操作系統(tǒng)的uC/OS-II的Rabbit3000單片機(jī)為核心模塊，由電源模塊、通訊模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)據(jù)采集模塊等組成，通訊模塊具有4路獨(dú)立的通訊電路，可以實(shí)現(xiàn)與人機(jī)界面，左右鄰架控制和工作面監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信;驅(qū)動(dòng)模塊采用大功率驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，具有在線檢測(cè)、過(guò)載保護(hù)等功能;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊具有512K的FLASH和512K的SRAM，可供系統(tǒng)存放程序和操作系統(tǒng)運(yùn)行及其運(yùn)行數(shù)據(jù)使用，同時(shí)，系統(tǒng)配置了FRAM，以備修改數(shù)據(jù)掉電保護(hù)，同時(shí)也可以存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)。選用CAN總線控制芯片進(jìn)行CAN通信電路設(shè)計(jì)，保證使用4線電纜，就能有兩個(gè)完全獨(dú)立的通信回路，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。選用高精度A/D芯片進(jìn)行電源能耗測(cè)量和電磁鐵工作狀態(tài)分析，增架系統(tǒng)新功能。選用新型材料新型器件OLED進(jìn)行漢字顯示電路設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)顯示電路的功耗。下圖分別是總體結(jié)構(gòu)框圖。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可以看出該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):

(1)系統(tǒng)的響應(yīng)速度快。子控制系統(tǒng)都掛接在通信總線上。子控和子控間除了通過(guò)總線外，也還直接通過(guò)BIDI(單纖雙向)相連，提高了子系統(tǒng)間相互控制的響應(yīng)速度。

(2)系統(tǒng)的可靠性高。在主從通信結(jié)構(gòu)中，主控機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)，不能正常工作。解決此問(wèn)題一般是再增加一臺(tái)主控機(jī)，當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，用另一臺(tái)替換。在CAN總線系統(tǒng)中，不論是主控機(jī)還是子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常工作，僅僅影響出故障主控或子系統(tǒng)。但在CAN通信總線結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)具有良好的可靠性。

(3)系統(tǒng)的可維護(hù)性好。將需要維護(hù)的控制系統(tǒng)電源切斷后，就可以進(jìn)行維修工作，不影響系統(tǒng)的正常工作，給系統(tǒng)的維護(hù)帶來(lái)了方便。

3 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)采煤支架在綜采工作面中的實(shí)際情況及支架之間相互控制要求，采用CAN總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了多節(jié)點(diǎn)互控型的采煤支架計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)，綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)原理見(jiàn)圖1，每架采煤支架由一臺(tái)子控機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和控制，構(gòu)成一個(gè)電液控制子系統(tǒng)，主控機(jī)和所有子控機(jī)(支架控制器)的串行通信接口均掛接在單根通信總線CAN上，構(gòu)成采煤機(jī)采煤支架計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)。

每個(gè)子控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖2。完成功能如下:

(1)通過(guò)操作子控制系統(tǒng)鍵盤(pán)完成對(duì)本架采煤支架的控制，實(shí)現(xiàn)本架的自動(dòng)升架、降架、移架、定量推進(jìn)。

(2)子控制系統(tǒng)可以對(duì)其它子控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)左或右相鄰任一臺(tái)采煤支架的控制。

(3)以本架子控制系統(tǒng)為主導(dǎo)，該子控制系統(tǒng)向其它子控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，完成對(duì)左或右相鄰5架采煤支加架同時(shí)執(zhí)行同一個(gè)動(dòng)作的成組控制。

(4)通過(guò)操作子控制系統(tǒng)鍵盤(pán)，該子控制系統(tǒng)向其它子控制系統(tǒng)發(fā)出控制命令，使相對(duì)于發(fā)信號(hào)的子控制系統(tǒng)位置不變的一組采煤支架完成要求執(zhí)行的動(dòng)作。

(5)可以顯示支架的主要參數(shù)和動(dòng)作等信息。

(6)發(fā)生故障或意外時(shí)，具有自動(dòng)故障報(bào)警功能，或可以按下緊急停止按鈕停止整個(gè)系統(tǒng)的工作。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在任意一個(gè)支架控制器上鍵入命令時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，進(jìn)入鍵盤(pán)命令識(shí)別。命令有三種格式:①受命單元編碼地址;②單元編組方式;③被控單元的動(dòng)作指令。各支架控制器對(duì)命令地址進(jìn)行識(shí)別，確認(rèn)受控單元后，該單無(wú)接收動(dòng)作控制命令，單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線向電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送動(dòng)作命令，打開(kāi)和關(guān)閉對(duì)應(yīng)的電磁閥，從而控制支架的動(dòng)作。該單元在全部動(dòng)作命令執(zhí)行結(jié)束后復(fù)位。

系統(tǒng)控制軟件包含6個(gè)功能模塊:系統(tǒng)監(jiān)控模塊;鍵盤(pán)中斷及其命令處理模塊;命令發(fā)送模塊;命令接收模塊;接收命令后處理模塊;程序控制執(zhí)行模塊。

5 總結(jié)

目前，采煤液壓支架控制系統(tǒng)已完成系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)，軟件、硬件設(shè)計(jì)，并與液壓支架進(jìn)行聯(lián)機(jī)實(shí)驗(yàn)，效果良好，達(dá)到設(shè)計(jì)功能和目的?，F(xiàn)在已開(kāi)始在林州重機(jī)有限公司進(jìn)行生產(chǎn)，并投入采煤生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] rabbit3000 datasheet

[2] 何立民，著《MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，北京航空航天大學(xué)，1990年.

[3] 陳威，張偉等，綜采工作面液壓支架計(jì)算機(jī)分布式電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，微計(jì)算機(jī)信息，2005[2].

[4] 德國(guó)macro公司資料.