礦井電機車(chē)的控制系統設計解析論文
摘要：以DSPIC30F6010A單片機為核心，設計了一種電機車(chē)變頻調速控制系統，并從硬件和軟件兩方面對系統的構成要素和主要特性進(jìn)行逐一分析，最后針對其實(shí)際應用效果進(jìn)行分析。結果表明所設計控制系統可以有效調控電機車(chē)運行，是確保電機車(chē)安全、穩定、低能耗運行的重要保障。
關(guān)鍵詞：電機車(chē);控制系統;設計分析;軟件程序
引言
井下軌道電機車(chē)作為煤礦生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中所不可或缺的關(guān)鍵核心運輸裝備，其依據速度調控方式的差異可分為直流牽引電阻調速、直流牽引斬波調速和交流牽引變頻調速三大類(lèi)別。其中交流牽引電機車(chē)作為新型的機車(chē)類(lèi)型，相較于傳統的直流牽引電機車(chē)具有質(zhì)量輕、體積小、運行穩定性佳、作業(yè)維護簡(jiǎn)便、無(wú)需配設滑環(huán)與換向裝置，防爆性能優(yōu)良的諸多優(yōu)勢，加之變頻調速技術(shù)良好的節能效果�？梢哉f(shuō)，在交流牽引電機車(chē)必將成為今后井下電機車(chē)的主流形式。因此結合其運行特征和使用需求，探究有效的電機車(chē)交流變頻控制方案，構建性能優(yōu)良的交流變頻調速系統。
1控制系統設計分析
基于DSPIC30F6010A型十六位單片機，設計研發(fā)一種電機車(chē)交流變頻控制系統。系統運行時(shí)有蓄電池供應直流電壓，并經(jīng)由三相逆變控制單元將直流電調控成頻率可控的三相交流電。整個(gè)系統的主要構成組件囊括蓄電池、充電及電容模塊、三相逆變電橋、電流傳感組件、驅動(dòng)模塊、檢測模塊、單片機控制電路等[1-2]。
2DSPIC30F6010A型單片機控制系統
DSPIC30F6010A單片機控制電路為系統功能得以有效實(shí)現的.關(guān)鍵核心，整個(gè)控制電路囊括五大構成部分：一是由DSPIC30F6010A型單片機、速度檢測電路、數字輸入信號端等構成的DSP（數字信號處理）數字系統，其可以有效開(kāi)展各類(lèi)數字運算、子模塊調控以及電機車(chē)啟停運行、點(diǎn)動(dòng)運行、多段速設定等功效；二是運行模擬量接口電路，其構成組件包括電流電壓檢測模塊、溫度監測模塊、運行速度設定模塊等，功效是為DSP系統采集數字信息；三是IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）驅動(dòng)電路，該電路能夠將從DSP系統中輸出的SPWM（脈沖寬度調制）訊號轉換為能夠調控IGBT系統的脈沖訊號。此外，當IGBT系統出現過(guò)載或短路現象時(shí)，該驅動(dòng)電路課自行向DSP系統發(fā)送故障訊號；四是CAN（現場(chǎng)總線(xiàn)）通訊電路；五是液晶顯示模塊和鍵盤(pán)錄入模塊，其中錄入模塊能夠借助外接的鍵盤(pán)設備對系統的運行設定各類(lèi)參數，譬如控制電機車(chē)的啟動(dòng)或停止，設定電機車(chē)運行維持在某一速度值等，而液晶顯示模塊核心功能便是對電機車(chē)運行中的各項運行參數進(jìn)行設定，同時(shí)對運行中存在的故障數據進(jìn)行記錄[3-4]。
3軟件系統分析
所設計控制系統配套軟件程序主要包含作業(yè)操控主程序、捕捉中斷程序、定時(shí)中斷服務(wù)程序、異步通訊中斷程序、總線(xiàn)通訊中斷程序等子程序。主程序的核心功能是完成系統運行的初始化和設定相應運行參數，同時(shí)確保數據寄存裝置的有效初始化以及各類(lèi)中斷功能運行的有效性。異步通訊中斷程序的核心功能是實(shí)現同錄入鍵盤(pán)之間的有效對接，一方面實(shí)時(shí)接收鍵盤(pán)所傳輸的系統運行指令，另一方面將控制系統運行的各項參數和故障信息等實(shí)時(shí)傳輸至鍵盤(pán)進(jìn)行顯示，便于操作者了解運行狀況[5]。捕獲中斷程序的核心功能是實(shí)現對占空比同周期寄存裝置內部的數據更新，并解算出相應的占空比，完成脈沖寬度調制波的產(chǎn)生于輸出。定時(shí)中斷服務(wù)程序的核心功能主要有三點(diǎn)：一是對系統外界端口的各類(lèi)子信號進(jìn)行采樣作業(yè)，一般包括電機啟停信號、運動(dòng)方向信號、速度信號、故障信號以及復位信號等；二是針對運行時(shí)電路中的直流電壓、三相電流、電路溫度等數據進(jìn)行采樣和分析；三是針對電機開(kāi)展缺相檢查、轉矩跟蹤與補償解算、V/F曲線(xiàn)求解、穩壓求解、死區補償求解、相位累加求解、寄存裝置數值求解、過(guò)載過(guò)流求解等[6]。
4系統運行效果分析
當電機車(chē)空載啟動(dòng)時(shí)，其電流波形如圖3-1所示，電機車(chē)可在5s內實(shí)現有效的啟動(dòng)操作，并進(jìn)入運行穩定狀態(tài)。同時(shí)結合圖片內容可知，電機啟動(dòng)時(shí)其啟動(dòng)電流波形穩定性保持良好。此時(shí)電流值約為125A，電壓值約為180V均處于安全運行區間范圍內，同時(shí)由圖片波形狀態(tài)可知，電機運行穩定，安全5結語(yǔ)本次設計基于DSPIC30F6010A型單片機開(kāi)展，所設計電機車(chē)控制系統硬件電路結構簡(jiǎn)單，模塊區分鮮明，功能設置合理，能夠結合具體的實(shí)際使用需求設定相應的運行參數，從而確保了電機車(chē)在不同作業(yè)環(huán)境下使用的有效性。加之所配套軟件程序功能眾多，具備良好可移植性，極大地方便了不同型號電機車(chē)的使用需求。
參考文獻
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