掘進機控制與保護裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及掘進機控制與保護技術，具體是一種掘進機控制與保護裝置。本發明解決了現有掘進機控制與保護技術控制與保護的可靠性較差的問題。掘進機控制與保護裝置，包括數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板、第一電源板、第二電源板、母板；所述母板包括電源總線和CAN總線；其中，數字量輸入板的供電輸入端、數字量輸出板的供電輸入端、模擬量輸入板的供電輸入端、DSP控制板的供電輸入端、第一電源板的供電輸出端均與電源總線連接；數字量輸入板的信號傳輸端、數字量輸出板的信號傳輸端、模擬量輸入板的信號傳輸端、DSP控制板的信號傳輸端均與CAN總線連接。本發明適用于掘進機的控制與保護。
【專利說明】掘進機控制與保護裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及掘進機控制與保護技術，具體是一種掘進機控制與保護裝置。
【背景技術】
[0002]掘進機是煤礦井下作業的重要設備。在掘進機作業過程中，需要對掘進機的各個部件進行控制與保護，以保證掘進機的正常作業，進而保證煤礦的安全高效生產。在現有技術條件下，掘進機的控制與保護主要是通過PLC控制與保護系統來實現的。PLC控制與保護系統主要包括PLC控制器和大量的模數保護模塊。當采用PLC控制與保護系統進行掘進機的控制與保護時，每個需要控制與保護的量首先經模數保護模塊轉換為開關數字量，然后經PLC控制器的數字量輸入模塊輸入PLC控制器，最后通過PLC控制器的邏輯編程來實現掘進機的控制與保護。實踐表明，現有掘進機控制與保護技術由于自身原理所限，存在如下問題:其一，在對掘進機進行控制與保護時，每個需要控制與保護的量都需要經模數保護模塊轉換為開關數字量，而由于模數保護模塊的數量極為龐大，勢必導致控制與保護的可靠性較差。其二，在對掘進機進行控制與保護時，PLC控制器通過變極調速來對掘進機的切割電機進行調速，而變極調速在進行高低速切換時，容易因電流沖擊大、震動大而導致切割電機的刀頭損壞，由此同樣導致控制與保護的可靠性較差。基于此，有必要發明一種全新的掘進機控制與保護裝置，以解決現有掘進機控制與保護技術控制與保護的可靠性較差的問題。
【發明內容】
[0003]本發明為了解決現有掘進機控制與保護技術控制與保護的可靠性較差的問題，提供了一種掘進機控制與保護裝置。
[0004]本發明是采用如下技術方案實現的:掘進機控制與保護裝置，包括數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板、第一電源板、第二電源板、母板；所述母板包括電源總線和CAN總線；其中，數字量輸入板的供電輸入端、數字量輸出板的供電輸入端、模擬量輸入板的供電輸入端、DSP控制板的供電輸入端、第一電源板的供電輸出端均與電源總線連接；數字量輸入板的信號傳輸端、數字量輸出板的信號傳輸端、模擬量輸入板的信號傳輸端、DSP控制板的信號傳輸端均與CAN總線連接。
[0005]工作時，將本發明所述的掘進機控制與保護裝置與掘進機的各個部件(包括甲烷傳感器、油箱液位傳感器、本安控制箱、油泵電機、切割電機、轉載電機、除塵電機、顯示屏、24V開關電源)進行連接。具體工作過程如下:數字量輸入板采集本安控制箱的各種外部數字量信號(包括啟停信號、報警信號、復位信號、顯示屏翻頁信號、欠壓過壓信號、甲烷濃度信號)，并對采集到的各種外部數字量信號進行處理，然后通過CAN總線將處理后的各種外部數字量信號發送至DSP控制板。模擬量輸入板采集油泵電機、切割電機、轉載電機、除塵電機的各種外部模擬量信號(包括三相電流信號、電機溫度信號、油箱液位信號)，并對采集到的各種外部模擬量信號進行處理，然后通過CAN總線將處理后的各種外部模擬量信號發送至DSP控制板。DSP控制板采集切割電機的各種外部模擬量信號(包括三相電流信號、中間直流電壓信號、水冷基板溫度信號、轉速信號、驅動反饋信號)，并對采集到的各種外部模擬量信號進行處理。DSP控制板根據各種外部數字量信號和各種外部模擬量信號產生各種數字量控制信號(包括啟停控制信號、急停控制信號、報警控制信號、故障控制信號)，然后通過CAN總線將各種數字量控制信號發送至數字量輸出板。數字量輸出板對各種數字量控制信號進行處理，然后將處理后的各種數字量控制信號發送至油泵電機、切割電機、轉載電機、除塵電機，由此實現對油泵電機、切割電機、轉載電機、除塵電機的各種控制(包括啟停控制、急停控制、報警控制、故障控制)和各種保護(包括欠壓保護、過壓保護、短路保護、過載保護、缺相保護、主回路漏電閉鎖保護、電機溫度保護、油箱溫度過高保護、水冷基板溫度過高保護、甲烷濃度超限保護、油箱液位過低保護)。與此同時，DSP控制板根據各種外部模擬量信號產生PWM信號，然后將PWM信號發送至切割電機的PWM驅動板，由此實現對切割電機的變頻控制。在此過程中，24V開關電源分別向第一電源板、第二電源板提供24V直流電源。第一電源板通過電源總線分別向數字量輸入板、數字量輸出板、DSP控制板提供+3.3V控制電源，通過電源總線分別向數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板提供+5V控制電源，通過電源總線分別向模擬量輸入板、DSP控制板提供±15V雙路工作電源，并分別向甲烷傳感器、油箱液位傳感器提供±15V雙路工作電源。第二電源板向切割電機的PWM驅動板提供+15V電源。各種信號均通過CAN總線發送至顯示屏，顯示屏對各種信號進行顯示。
[0006]基于上述過程，與現有掘進機控制與保護技術相比，本發明所述的掘進機控制與保護裝置具有如下優點:其一，本發明所述的掘進機控制與保護裝置通過采用總線式控制與保護系統(該總線式控制與保護系統包括數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板、CAN總線)，實現了對掘進機進行各種控制與保護。與PLC控制與保護系統相比，總線式控制與保護系統省去了 PLC控制器和大量的模數保護模塊，由此有效提高了控制與保護的可靠性。其二，本發明所述的掘進機控制與保護裝置通過采用DSP控制板，實現了對掘進機的切割電機進行變頻調速。與變極調速相比，變頻調速能夠實現無級調速，因而其在進行高低速切換時，能夠有效防止切割電機的刀頭損壞，由此同樣有效提高了控制與保護的可靠性。綜上所述，本發明所述的掘進機控制與保護裝置通過采用全新結構，有效解決了現有掘進機控制與保護技術控制與保護的可靠性較差的問題。
[0007]本發明結構合理、設計巧妙，有效解決了現有掘進機控制與保護技術控制與保護的可靠性較差的問題，適用于掘進機的控制與保護，尤其適用于EBZ260型掘進機的控制與保護。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0009]掘進機控制與保護裝置，包括數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板、第一電源板、第二電源板、母板；所述母板包括電源總線和CAN總線；其中，數字量輸入板的供電輸入端、數字量輸出板的供電輸入端、模擬量輸入板的供電輸入端、DSP控制板的供電輸入端、第一電源板的供電輸出端均與電源總線連接；數字量輸入板的信號傳輸端、數字量輸出板的信號傳輸端、模擬量輸入板的信號傳輸端、DSP控制板的信號傳輸端均與CAN總線連接。
[0010]所述數字量輸入板的數目、數字量輸出板的數目、模擬量輸入板的數目均為兩個。工作時，其中一個數字量輸入板作為主用板，另一個數字量輸入板作為備用板。其中一個數字量輸出板作為主用板，另一個數字量輸出板作為備用板。其中一個模擬量輸入板作為主用板，另一個模擬量輸入板作為備用板。
[0011]所述數字量輸入板包括C96連接器、單片機、CPLD芯片、CAN收發器、24路輸入處理電路、F48連接器；單片機的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；單片機的信號傳輸端依次通過CPLD芯片、24路輸入處理電路與F48連接器連接。工作時，C96連接器與CAN總線和電源總線連接。F48連接器與掘進機的部件連接。單片機、CPLD芯片、24路輸入處理電路對各種外部數字量信號進行處理。
[0012]所述數字量輸出板包括C96連接器、單片機、CPLD芯片、CAN收發器、14路繼電器輸出電路、F48連接器；單片機的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；單片機的信號傳輸端依次通過CPLD芯片、14路繼電器輸出電路與F48連接器連接。工作時，C96連接器與CAN總線和電源總線連接。F48連接器與掘進機的部件連接。單片機、CPLD芯片、14路繼電器輸出電路對各種數字量控制信號進行處理。
[0013]所述模擬量輸入板包括C96連接器、單片機、CAN收發器、16路模擬信號調理電路、F48連接器；單片機的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；單片機的信號傳輸端通過16路模擬信號調理電路與F48連接器連接。工作時，C96連接器與CAN總線和電源總線連接。F48連接器與掘進機的部件連接。單片機、16路模擬信號調理電路對各種外部模擬量信號進行處理。
[0014]所述DSP控制板包括C96連接器、DSP芯片、FPGA芯片、CAN收發器、14路脈沖輸出電路、反饋信號處理電路、F48連接器；DSP芯片的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；DSP芯片的信號輸出端依次通過FPGA芯片、14路脈沖輸出電路與F48連接器連接；DSP芯片的信號輸入端依次通過FPGA芯片、反饋信號處理電路與F48連接器連接。工作時，C96連接器與CAN總線和電源總線連接。F48連接器與掘進機的部件連接。DSP芯片、FPGA芯片、14路脈沖輸出電路、反饋信號處理電路對各種外部模擬量信號進行處理，并產生各種數字量控制信號和PWM信號。
[0015]所述第一電源板包括C96連接器、+5V輸出電源模塊、+3.3V輸出電源模塊、土 15V輸出電源模塊、F48連接器；+5V輸出電源模塊的供電輸出端、+3.3V輸出電源模塊的供電輸出端、± 15V輸出電源模塊的供電輸出端均與C96連接器連接；+5V輸出電源模塊的供電輸出端、+3.3V輸出電源模塊的供電輸出端、土 15V輸出電源模塊的供電輸出端均與F48連接器連接。工作時，C96連接器與電源總線連接。F48連接器與掘進機的部件連接。+5V輸出電源模塊、+3.3V輸出電源模塊、± 15V輸出電源模塊向數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板、甲烷傳感器、油箱液位傳感器提供+3.3V控制電源、+5V控制電源、±15V雙路工作電源。
[0016]所述第二電源板包括C96連接器、+15V輸出電源模塊、F48連接器；+15V輸出電源模塊的供電輸出端與F48連接器連接。工作時，F48連接器與掘進機的部件連接。+15V輸出電源模塊向切割電機的PWM驅動板提供+15V電源。
[0017]具體實施時，數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板、第一電源板均采用3U板型。DSP芯片型號采用TMS320F2812。CPLD芯片型號采用XC95144。FPGA芯片型號采用XC6SLX4。
【權利要求】
1.一種掘進機控制與保護裝置，其特征在于:包括數字量輸入板、數字量輸出板、模擬量輸入板、DSP控制板、第一電源板、第二電源板、母板；所述母板包括電源總線和CAN總線；其中，數字量輸入板的供電輸入端、數字量輸出板的供電輸入端、模擬量輸入板的供電輸入端、DSP控制板的供電輸入端、第一電源板的供電輸出端均與電源總線連接；數字量輸入板的信號傳輸端、數字量輸出板的信號傳輸端、模擬量輸入板的信號傳輸端、DSP控制板的信號傳輸端均與CAN總線連接。
2.根據權利要求1所述的掘進機控制與保護裝置，其特征在于:所述數字量輸入板的數目、數字量輸出板的數目、模擬量輸入板的數目均為兩個。
3.根據權利要求1所述的掘進機控制與保護裝置，其特征在于:所述數字量輸入板包括C96連接器、單片機、CPLD芯片、CAN收發器、24路輸入處理電路、F48連接器；單片機的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；單片機的信號傳輸端依次通過CPLD芯片、24路輸入處理電路與F48連接器連接。
4.根據權利要求1所述的掘進機控制與保護裝置，其特征在于:所述數字量輸出板包括C96連接器、單片機、CPLD芯片、CAN收發器、14路繼電器輸出電路、F48連接器；單片機的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；單片機的信號傳輸端依次通過CPLD芯片、14路繼電器輸出電路與F48連接器連接。
5.根據權利要求1所述的掘進機控制與保護裝置，其特征在于:所述模擬量輸入板包括C96連接器、單片機、CAN收發器、16路模擬信號調理電路、F48連接器；單片機的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；單片機的信號傳輸端通過16路模擬信號調理電路與F48連接器連接。
6.根據權利要求1所述的掘進機控制與保護裝置，其特征在于:所述DSP控制板包括C96連接器、DSP芯片、FPGA芯片、CAN收發器、14路脈沖輸出電路、反饋信號處理電路、F48連接器；DSP芯片的信號傳輸端通過CAN收發器與C96連接器連接；DSP芯片的信號輸出端依次通過FPGA芯片、14路脈沖輸出電路與F48連接器連接；DSP芯片的信號輸入端依次通過FPGA芯片、反饋信號處理電路與F48連接器連接。
7.根據權利要求1所述的掘進機控制與保護裝置，其特征在于:所述第一電源板包括C96連接器、+5V輸出電源模塊、+3.3V輸出電源模塊、土 15V輸出電源模塊、F48連接器；+5V輸出電源模塊的供電輸出端、+3.3V輸出電源模塊的供電輸出端、土 15V輸出電源模塊的供電輸出端均與C96連接器連接；+5V輸出電源模塊的供電輸出端、+3.3V輸出電源模塊的供電輸出端、± 15V輸出電源模塊的供電輸出端均與F48連接器連接。
8.根據權利要求1所述的掘進機控制與保護裝置，其特征在于:所述第二電源板包括C96連接器、+15V輸出電源模塊、F48連接器；+15V輸出電源模塊的供電輸出端與F48連接器連接。
【文檔編號】G05B19/418GK103645709SQ201310660604
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】李國鋒, 趙豆, 陳建峰, 李勇斌, 夏建民, 楊偉, 懷麗 申請人:永濟新時速電機電器有限責任公司