基于DP/ LIN總線的采煤機(jī)控制鍵盤設(shè)計

洪振宇,　田煒，　劉嘉

(中國民航大學(xué) 航空自動化學(xué)院， 天津　300300)

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基于DP/ LIN總線的采煤機(jī)控制鍵盤設(shè)計

洪振宇,田煒，劉嘉

(中國民航大學(xué) 航空自動化學(xué)院， 天津300300)

摘要：為適應(yīng)采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制方式發(fā)展的需求，設(shè)計了一種基于DP/LIN總線的采煤機(jī)控制鍵盤。該鍵盤由LIN總線數(shù)據(jù)采集模塊采集控制信息，將不同按鍵對應(yīng)的控制信息通過LIN總線進(jìn)行傳輸，并轉(zhuǎn)換為DP總線信號與PLC主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而由PLC主機(jī)控制采煤機(jī)的開停、升降、牽引，從而實現(xiàn)對采煤機(jī)的遠(yuǎn)程實時控制，提高了煤礦開采的自動化水平。

關(guān)鍵詞：綜采工作面； 采煤機(jī)； 遠(yuǎn)程控制; 控制鍵盤; LIN總線； Profibus-DP總線

0引言

實現(xiàn)煤礦工作面生產(chǎn)過程的自動化、智能化、信息化以及無人化是目前煤炭行業(yè)發(fā)展的主流趨勢[1]。采煤機(jī)作為生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，其傳統(tǒng)的就機(jī)控制方式自動化水平低下，而采用現(xiàn)場無線遙控器的控制方式則易受干擾且受距離限制,因此，對采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程實時控制成為當(dāng)前一個重要的研究課題。

采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制可通過采集控制信號并利用遠(yuǎn)傳技術(shù)來實現(xiàn)。而目前我國煤礦的信號采集設(shè)備主要以DP設(shè)備為主，生產(chǎn)成本較高。LIN總線具有良好的低速通信可靠性，且技術(shù)應(yīng)用成本較低，可在保證通信性能的前提下，大幅度降低煤礦生產(chǎn)成本，豐富煤礦自動化控制方式[2]。因此，筆者引入LIN總線技術(shù)，設(shè)計了基于DP/LIN總線的采煤機(jī)控制鍵盤。該鍵盤可將不同按鍵對應(yīng)的控制信息通過LIN總線進(jìn)行傳輸，并轉(zhuǎn)換為DP總線信號與PLC主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而由PLC主機(jī)控制采煤機(jī)的開停、升降、牽引等[3]。

1控制鍵盤硬件設(shè)計

1.1控制鍵盤結(jié)構(gòu)設(shè)計

控制鍵盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括了基于LIN總線的4塊數(shù)字量采集模塊DI、1塊數(shù)字量輸出模塊DO、DP-LIN轉(zhuǎn)換模塊和可編程數(shù)碼管[4]。鍵盤共設(shè)有26個按鍵，控制實現(xiàn)采煤機(jī)主啟動、主停止、左牽引、右牽引、升降、暫停等功能。每個DI模塊最多可采集8路按鍵控制信息，控制信息經(jīng)DP-LIN轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為DP總線信號，直接與PLC主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并由PLC主機(jī)發(fā)出通用指令控制采煤機(jī)。反過來PLC主機(jī)反饋回來的采煤機(jī)信息經(jīng)DP-LIN轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為LIN總線信號后，通過DO模塊輸出到可編程數(shù)碼管顯示。

圖1　控制鍵盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2數(shù)字量采集和輸出模塊設(shè)計

數(shù)字量采集模塊DI和數(shù)字量輸出模塊DO硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，2塊模塊的原理基本相近，設(shè)計采用了微控制器和LIN總線接口芯片結(jié)合的方案。微控制器選用MC9S08SL16型高速微處理器，該芯片主要用于CAN總線、LIN總線等通信、LCD驅(qū)動、電動機(jī)控制等場合。LIN總線接口芯片選用TJA1021T，用以實現(xiàn)控制器和LIN總線間的數(shù)據(jù)通信，遵從LIN2.1/SAE J2602規(guī)范[5]。各模塊在應(yīng)用時必須選擇不同地址，可通過撥碼開關(guān)改變模塊地址。

圖2　DI/DO模塊硬件結(jié)構(gòu)

2控制鍵盤軟件實現(xiàn)

采煤機(jī)控制鍵盤程序開發(fā)采用CodeWarrior編程環(huán)境，主要程序包括DI程序和DO程序2個部分。

2.1DI程序設(shè)計

DI程序主要用于采集按鍵控制命令并通過LIN總線傳出控制命令，程序設(shè)計包括主程序和中斷程序2個部分。

DI主程序流程如圖3所示。首先進(jìn)行鍵盤初始化，包括對時鐘、IO口、中斷等的初始化，然后經(jīng)過一定的延時，進(jìn)入無限循環(huán)等待中斷。

圖3　DI主程序流程

DI中斷程序流程如圖4所示。進(jìn)入中斷后，首先清除中斷標(biāo)志，然后對中斷源進(jìn)行一系列的判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)滿并且校驗正確時，接收數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行處理。

圖4　DI中斷程序流程

2.2DO程序設(shè)計

DO程序主要用于將PLC反饋的采煤工藝段信息(即采煤過程不同階段所對應(yīng)的數(shù)字)輸出到數(shù)碼管顯示，DO程序也包括主程序和中斷程序2個部分。

DO主程序流程如圖5所示。首先對鍵盤進(jìn)行初始化，包括時鐘、I/O口、中斷等的初始化。然后設(shè)置數(shù)碼管功能，包括設(shè)置BCD譯碼方式、關(guān)鍵盤、開顯示等功能。經(jīng)過一定的延時后進(jìn)入無限循環(huán)等待中斷。

DO中斷程序流程如圖6所示。進(jìn)入中斷后，首先清除中斷標(biāo)志，然后對中斷源進(jìn)行判斷，當(dāng)數(shù)據(jù)緩存區(qū)滿且校驗正確時，將數(shù)據(jù)以BCD碼的形式送至數(shù)碼管顯示。

圖5　DO主程序流程

圖6　DO中斷程序流程

3控制鍵盤通信測試

為了檢驗基于DP/DIN總線的采煤機(jī)控制鍵盤能否準(zhǔn)確地與PLC主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編寫了PLC測試程序并下載到S7-300 PLC中進(jìn)行測試。

PLC測試程序如圖7所示，程序設(shè)計了2個功能：一是PLC接收到某控制按鍵輸入的控制信息時，反饋對應(yīng)的工藝段信息到數(shù)碼管顯示，如圖7(a)(程序段1)所示，按鍵閉合時利用MOVE指令將預(yù)設(shè)初值送至DO地址輸出顯示；二是設(shè)置2個按鍵，當(dāng)PLC接收到該按鍵輸入的控制信息時，分別對當(dāng)前工藝段數(shù)值加1或減1并顯示到數(shù)碼管，另設(shè)復(fù)位按鍵(圖7(b),(c)中程序段2和程序段3)，利用雙向計數(shù)器指令，按鍵可分別執(zhí)行加1、減1和復(fù)位指令。

(a) 程序段1：工藝段顯示

(b) 程序段2：工藝段加減

(c) 程序段3：數(shù)碼管顯示

測試結(jié)果表明，控制鍵盤實現(xiàn)了預(yù)設(shè)功能，能夠與PLC主機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換，即能夠準(zhǔn)確地發(fā)送控制命令并接收反饋信息。

4結(jié)語

基于DP/LIN總線的采煤機(jī)控制鍵盤結(jié)合信號遠(yuǎn)傳技術(shù)，可實現(xiàn)對采煤機(jī)的遠(yuǎn)程實時控制，提高了煤礦開采的自動化水平。該控制鍵盤憑借DP/LIN總線技術(shù)開放度高、應(yīng)用方便、可靠性高及價格低廉的優(yōu)勢，在綜采無人工作面上具有良好的應(yīng)用前景。目前，該控制鍵盤已經(jīng)應(yīng)用到四川綠水洞等國內(nèi)多個礦井,操作員可根據(jù)現(xiàn)場實時的多路視頻信號對采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，應(yīng)用效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]李磊.綜采無人值守工作面液壓支架間架電液控制器主控系統(tǒng)的研究[D].太原:太原理工大學(xué),2010.

[2]陳恩策，黃瑩，唐厚君.基于LIN總線的汽車照明系統(tǒng)軟硬件開發(fā)[J].電氣自動化，2013,35(4):22-24.

[3]孔維社.Profibus-DP總線單主站系統(tǒng)報文傳輸延時分析[J].工礦自動化,2011,37(7):50-52.

[4]霍軍軍，張英梅.基于DP/LIN總線的礦用控制系統(tǒng)[J].工礦自動化,2013,39(12):26-28.

[5]丁寧.基于VDSL2技術(shù)和LIN總線的采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的設(shè)計[D]．太原：太原理工大學(xué)，2015．

Design of control keyboard of shearer based on DP/LIN bus

HONG Zhengyu,TIAN Wei,LIU Jia

(Aeronautical Automation Institute, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China)

Abstract:In order to adapt to needs of development of remote control method of shearer, a control keyboard of shearer based on DP/LIN bus was designed. The keyboard collects control information via the LIN bus data acquisition module, and can transmit control information of corresponding different keyboard through the LIN bus, and convert the control information to DP bus signal, so as to exchange data with PLC, and control open/stop, lift and traction of shearer by the PLC. The control keyboard can realize remote real-time control of shearer, and improve automation level of coal mining.

Key words:fully-mechanized coal mining face; shearer; remote control; control keyboard; LIN bus; Profibus-DP bus

中圖分類號：TD632

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-03-07 15:23

作者簡介：洪振宇(1978-),男，遼寧鐵嶺人，副教授，博士，研究方向為機(jī)器人結(jié)構(gòu)學(xué)，E-mail:490698314@qq.com。

收稿日期：2015-10-28；修回日期：2015-12-23；責(zé)任編輯：張強(qiáng)。

文章編號：1671-251X(2016)03-0078-03

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.03.018

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160307.1523.018.html

洪振宇,田煒，劉嘉.基于DP/LIN總線的采煤機(jī)控制鍵盤設(shè)計[J].工礦自動化，2016,42(3)：78-80.