一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统技术方案

一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统，结合适用于煤矿井下掘采设备的功能控制要求，利用新的现场总线，传感器，周期性电量的交流采样技术，以及运用新的控制器技术，实现了掘采设备的自动控制、遥控、自动截割、组网通讯、故障诊断功能等。该基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统不仅可减少设备复杂的接线，提高了可靠性、可维护性及灵活性，增加了互换性和互操作性，而且可把各种控制功能分散到各种电气设备中，实现了对现场设备的分布式控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统
本专利技术涉及一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统，适用于机械领域。
技术介绍
煤矿井下电气系统的发展与掘采技术的进步息息相关，随着我国煤矿井下采掘方式由简单机采发展到综采机械化采煤，煤矿井下对电气控制系统的要求越来越高。电气控制系统作为掘采设备的主要组成部分，其现场运行的可靠性直接影响煤矿的生产效率，而技术的先进性将有助于降低工人劳动强度，提高设备的使用寿命。当前，现场总线技术已经渗透到各个行业，运行的稳定性越来越高；传感器技术得到了突飞猛进的发展，使用的可靠性获得了很大的提高;控制器已经具有高的集成度和多种功能。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统，结合适用于煤矿井下掘采设备的功能控制要求，利用新的现场总线，传感器，周期性电量的交流采样技术，以及运用新的控制器技术，实现了掘采设备的自动控制、遥控、自动截割、组网通讯、故障诊断功能等。本专利技术所采用的技术方案是：所述电气控制系统可实现对设备上多个电动机的复合逻辑控制和保护，电磁阀的控制和比例调节，本机控制、遥控控制，图形显示，网络通讯，自动截割，掘进断面控制，液压系统和减速器齿轮润滑油的检测与保护等功能。所述电气控制箱内的中央控制器集成LAN，DP，Modbus三个现场总线，中央控制器与各个主回路控制模块之间采用DP总线，中央控制器与显示箱、电磁阀控制箱、遥控接收机之间采用CAN总线，中央控制器与操作箱之间采用Modbus总线。所述电气控制箱上布置多个本质安全型传感器，输出信号传送给电气控制箱内的隔离栅，经隔离和信号转换后输入到电气控制箱内的中央控制器。所述电气控制系统的中央控制器和各个控制模块之间进行双向DP通信，控制模块在接收中央控制器控制信号的同时，并把运行状态和故障参数通过DP总线传送给中央控制器。本专利技术的有益效果是：该基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统不仅可减少设备复杂的接线，提高了可靠性、可维护性及灵活性，增加了互换性和互操作性，而且可把各种控制功能分散到各种电气设备中，实现了对现场设备的分布式控制。附图说明图1是本专利技术的系统总体设计图。图2是本专利技术的中央控制器和控制模块的DP通信图。图3是本专利技术的主回路控制模块的原理框图。图4是本专利技术的遥控系统原理框图。图5是本专利技术的以Modubs协议的本机操作图。图6是本专利技术的掘采设备放置的传感器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。如图1，电气控制系统主要由电气控制箱，电磁阀控制箱，遥控接收机，显示箱，传感器，操作箱等组成。设计的电气控制系统可实现对设备上多个电动机的复合逻辑控制和保护，电磁阀的控制和比例调节，本机控制、遥控控制，图形显示，网络通讯，自动截割，掘进断面控制，液压系统和减速器齿轮润滑油的检测与保护等功能。电气控制箱内的中央控制器集成CAN，DP，Modbus三个现场总线，中央控制器与各个主回路控制模块之间采用DP总线，中央控制器与显示箱、电磁阀控制箱、遥控接收机之间采用CAN总线，中央控制器与操作箱之间采用Modbus总线。此外，设备上布置多个本质安全型传感器，输出信号传送给电气控制箱内的隔离栅，经隔离和信号转换后输入到电气控制箱内的中央控制器。如图2，主回路控制模块内的控制器配以相应的外围接口及信号处理电路，在模块化软件的支持下对周期性电量交流采样，实现各个主回路电机的本地/遥控控制，完成对所控制电机的过流，过载，断相，过热，过压，欠压，以及漏电闭锁等多种保护功能。中央控制器和各个控制模块之间进行双向DP通信，控制模块在接收中央控制器控制信号的同时，并把运行状态和故障参数通过DP总线传送给中央控制器。如图3，PT为三相电压互感器，GT为三相电流互感器，KM为真空交流接触器，KM1为接触器的辅助常闭节点，KM2为接触器的辅助常开节点，J1为埋在电动机绕组里的常闭温控开关，当电动机绕组的温度上升到一定的值时，J1开关动作，PT100为埋在电动机绕组里的铂电阻，实时采集电动机绕组的温度，用于电动机绕组温度的实时显示。控制模块集成了DP总线，模拟量模块，数字量模块和具有处理周期性交流电量信号的采样模块等，同时能实现漏电闭锁，过热保护，PT100信号检测。控制模块内的控制器在对采集的信号进行分析、处理、判断和发现故障时，能直接输出给驱动执行机构，并将具体故障信号传送给中央控制器。控制模块实时采集周期性交流电量信号，通过快速傅里叶算法，计算出负荷的电流，电压，功率因数，有功功率，电度等，并对以上采集到的电量分析、判断后，进行过流，过载，缺相，过压，欠压等保护。控制模块的供电电源为220V，变换出工作所需的各种电源。每个控制模块都有独立的DP地址，通过硬件改变模块的地址，可实现各个控制模块功能的互换。如图4，遥控接收机与本安遥控发射器配合使用构成无线通讯系统，接收机与发射机之间能够以无线、有线两种方式进行双向通信。接收机将来自发射器的控制信息以非本安的CAN总线方式转发给掘采设备的中央控制器，中央控制器根据接收的控制信息确定执行的动作，并驱动执行机构。控制信息的内容是发射器键盘上操作部件的状态，包括开关、按钮、急停等38个开关信号和左右履带行走2个模拟信号。另一方面接收机也可以将电气控制箱内的中央控制器指令转发给发射器，控制发射器上发光管的指示。接收机正常工作时，输出继电器吸合;若接收机超过1s接收不到来自发射器的数据信号，则进入急停状态，输出继电器断开，直至接收机重新接收到数据信号为止。遥控不仅实现对电动机的控制，而且实现对液压油缸的控制。因此，它实现的电气控制要比手动控制多。遥控发射器除实现满足控制系统的控制功能外，还能设定控制系统的运行参数，如电动机启动延时时间，截割高度，掏槽深度，闭锁关系的建立和解除，保护值的设置等。如图5，本机操作共有16个按钮，用于实现掘采设备电机启停，故障复位，操作方式选择，预警信号，显示界面翻转等。控制器采用AT89C52，配以相应的外围接口，实现对各个控制按钮信号的可靠采集和以Modbus协议的信息传输。按钮组成4×4行列式排列，采用定时扫描方式，单片机响应中断后，对按钮进行扫描，并在有按钮按下时识别出该按钮，并把该按钮的功能按照Modbus协议传输到中央控制器。如图6，掘采设备上的传感器具有两种功能，一种是对设备上关键元部件的监测和保护，另一种实时显示掘采设备的姿态，截割高度，截割油缸掏槽深度等。温度传感器采集掘采设备液压油箱油温和减速器齿轮润滑油温，当油温升到一定值时，控制器输出保护信号，对应工作停止。油位传感器检测油箱的油位，防止油箱被吸空，保护液压元件。掘采设备上布置有水路系统，用于给大功率电动机冷却和工作降尘，当水的压力和流量达不到设定值时，闭锁掘采设备截割电机。压力传感器检测减速器齿轮油润滑油压力和临时支护压力，防止润滑油压和支护压力的减小。在煤矿开采过程中，由于空间狭小，煤尘较大，顶板破碎而导致的安全问题，驾驶室内的操作者很难看清截割头实际位置而导致欠挖或超挖现象，不仅增加了支护困难，而且带来了很大的安全问题。因此，实现掘采设备截割轨迹可视化，就是使操作者根据液晶显示屏的截割轨迹决定截割动作。为了实现对截割过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统，其特征是：所述电气控制系统可实现对设备上多个电动机的复合逻辑控制和保护，电磁阀的控制和比例调节，本机控制、遥控控制，图形显示，网络通讯，自动截割，掘进断面控制，液压系统和减速器齿轮润滑油的检测与保护等功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统，其特征是：所述电气控制系统可实现对设备上多个电动机的复合逻辑控制和保护，电磁阀的控制和比例调节，本机控制、遥控控制，图形显示，网络通讯，自动截割，掘进断面控制，液压系统和减速器齿轮润滑油的检测与保护等功能。2.根据权利要求1所述的一种基于现场总线的煤矿井下采掘设备智能电气控制系统，其特征是：所述电气控制箱内的中央控制器集成LAN，DP，Modbus三个现场总线，中央控制器与各个主回路控制模块之间采用DP总线，中央控制器与显示箱、电磁阀控制箱、遥控接收机之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓兵，
申请(专利权)人：李晓兵，
类型：发明
国别省市：辽宁,21