矿井胶带输送机分布式智能控制系统.pdf

第 4期 2 0 0 3年 8月 工矿 自 动化 I nd u s t r y a n d M i n e Au t o ma t ion No． 4 Au g．2 0 03 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 3 0 40 0 2 80 3 矿井胶带输送机分布式智能控制系统 祝 龙记 ， 王汝琳 1 ． 安徽理工大学电气工程系 ， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 ； 2 ． 中国矿业大学北京校区， 北京1 0 0 0 8 3 摘 要 根 据煤矿 井 下胶 带输 送机 电控 系统 的要 求 以及 存在 的 问题 ， 利 用 C AN 总线技 术 组成胶 带机 分 布 式控 制 系统 。在该 系统 中应 用模糊控 制技 术 ， 控 制胶 带机 的软启 动及 功率平衡 ， 以提 高胶 带机 运行性 能及 自 动 化 水 平 。 关键词 胶 带输送机 ； 控 制 系统 ；C AN 总线 ； 模 糊控 制 中 图分 类号 T D 5 2 8 ． 7 ； T P 2 0 2 文献标 识码 B Di s t r i bu t e d I n t e l l i g e n t Co n t r o l S y s t e m o f Be l t Co n v e y o r Us e d i n M i n e Z HU L o n g j i ， WANG Ru l i n 2 1 ． De p t o f El e c t r i c a l En g i n e e r i n g，An h u i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e Te c h n o l o g y，Hu a i n a n 2 3 2 0 0 1，C h i n a ． 2 ． B e i j i n g C a mp u s ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3，Ch i n a Abs t r a c t Th e p a p e r d e s c r i b e d t h e r e q u i r e me nt s a n d e x i s t i n g p r o b l e ms o f t h e b e l t c o nv e y o r c o nt r o l s y s t e m i n u n d e r g r o u nd mi n e．A d i s t r i b u t e d i nt e l l i g e nt c o nt r o l s y s t e m b a s e d o n CAN bu s t e c h n ol o g y wa s de s i gn e d．I n t h i s s y s t e m ，f u z z y c o n t r ol t e c h n o l o g y i s a p pl i e d s u c c e s s f u l l y i n a u t o ma t i c s o f t s t a r t i n g a n d mo t o r ’ S p owe r b a l a n c e o f b e l t co n v e y o r ，whi c h c a n i mp r o v e t he a u t o ma t i o n l e v e l a nd c o nt r o l p e r f o r ma n c e o f b e l t co n v e y o r ． Ke y wo r ds b e l t c o n v e y o r，c o nt r o l s ys t e m ，CAN b us ，f u z z y c o nt r o l 0 引言 目前， 我国煤矿使用 的胶带机控制系统在胶带 机运行的可靠性 、 安全性等方面都有较大的提高 ， 多 种检 测方 法 已应 用 于电动 机 、 液 力 偶合 器 、 减 速器 和 输送带运行系统故障检测。然而这些系统往往是相 互独立的， 没有实现从驱动、 输送带运行过程到运行 环境检测 的信息结合 和智能判断。其次 ， 故 障检测 系统误报率高。因为误报将造成带式输送机不应有 的停机 ， 只有在 综合 了多方 面 信息 ， 利 用 智能 判 断方 法， 依靠计算机集成监控网络 ， 才能在 目前检测手段 的基础上， 提高系统预报的可靠性 ， 降低误报率。因 此 ， 需 要 研 究适 合 矿 井 环境 的分 布 式胶 带 输 送 机计 算 机监 控系统 ， 进 而实现 全矿井 监控 网络 的集成 。 1 基 于 C A N总线 的胶 带机监 控 系统 控制器局部 网 C AN C o n t r o l l e r A r e a Ne t w o r k 收疆 日期 2 0 0 3 0 5 0 4 作者筒介 祝龙记 1 9 6 4一 ， 男 ， 汉族 ， 副教授 ， 1 9 8 6年毕业 于安 徽理工 大学 ， 现为中国矿业 大学北京校区博士研究生 ， 主要研究方向 为煤矿 自动控制及智能监控 ， 已发表论文 1 O多篇 。 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信 网络 ， 由于其高性能 、 高可靠性及独特的设计 ， C A N 越来越受到人们的重视 ， 其特点可概括如下 1 C A N以多主方式工作 ， 网络上任意节点均 可在任意时刻主动地 向网络上其它节点发送信息， 而不 分主从 ， 通 信方式 灵活 ， 且 无需 占地 址 等节 点 信 息 。 2 C AN网络上 的节点信息分不 同的优先级， 可满足不 同的实时要求 ， 高优先级 的数据最多可在 1 3 4 s 内得到传输。 3 C AN采用非破坏性仲裁技术 ， 当多个节点 同时向总线发送信息时 ， 优先级较低 的节点会 主动 退出发送 而最高优先级的节点可不受影 响地继续 传输数据 ， 从而大大地节省了总线冲突仲裁时间。 4 C AN的直接通信距离最远 可达 1 0 k m 速 率在 5 k b p s以下 ， 通信速率最高可达 1 Mb p s ， 通信 介质 可为双 绞线 、 同轴 电缆或 光纤 ， 选择灵 活 。 5 采用短 帧结构 ， 传输 时间短 ， 受干 扰概率 低 ， 每帧信息都有 C R C检验及其 它检错措施 ， 数据 出错率极低。 6 C AN节点在错误严重 的情况下具有 自动关 维普资讯 第 4期 祝龙记等 矿井胶 带输送机分布式智能控制系统 2 9 闭输出的功能 ， 以使总线上其它节点的操作不受影 响 。 因此 ， 将 C A N总线网络应用到胶带机分布式控 制系统可 实现控制、 监测 、 管理等功能 的综 合 自动 化。其系统结构图如图 1 所示。 }__一蜘n tc 网 i 阍一现 场 总 线 2 胶 带机 智能控 制节 点的组 成 胶带机控 制 器 是 C A N 总线 系 统 中 的一 个 智 能 节点 ， 总线所传输 的数 据是符 合 C A N 协议的数据 包 ， 控制器的基本结构如图 2所示 ， 它是 由单片机、 C AN控 制芯 片 以及 相 关 的接 口电 路 等 组 成 的 实 时 多任 务 的嵌 入式 控制 系统 ， 用 来 实现 C A N 总 线 的通 信协议 以及相 关 的控 制功 能 。 图 2智 能 控 制 器 的 基 本 结 构 2． 1总 线接 口部 分 总线接 口部 分 由 C AN 控 制 器 芯 片 8 2 C 2 0 0 P和 C A N 总线 收 发 器 8 2 C 2 5 0组 成 。可 完 成 C AN 总 线 物理 层 和 数 据链 路 层 的所 有 功能 ， 可 连 接 各 种类 型 微控 制器 接 口。 2 ． 2单 片机及 其 外 围接 口部 分 单片机 除 了维 持 总 线接 口的正 常 工 作 外 ， 还 要 完成总线控制器和输入偷出接 口之间的数据传输 以及节点地址和通信波特率的设定电路之间的数据 连接。C A N总线下的智能节点实现胶带机智 能控 制 的关键部分是模块内的嵌入式微控器 ， 它负责与 总线控 制 器 之 间 的 数 据 交 换 ， 按 照 用 户 的 要 求 向 C AN总线接收或发送命令数据 ； 并将传感器检测到 的信号放大或处理成总线上需要的数据 ， 把从总线 上收到 的命令 和数据转变为控 制器可 以接 收的信 号 ； 同 时 它也 可 以按 照一 定 的 控 制算 法 自行 处理 测 量数据并驱动控制 器完成控 制任务。单 片机选用 8 9 C 5 1 X A， 并 在代码 级与 8 0 C 5 1 系 统微控 制器兼 容 。 2 ． 3 传 感 器或控制 器接 口部分 控制器与外部设备的接 口主要是开关量及模拟 量 的输入 输 出。 开关量输入信号 松闸行程开关 ， 用于检测闸电 机的开 、 停状态 ； 勺杆位置行程开关 ， 用于检测启动 控 制 。 模拟量输入信号 胶带测速信号 ， 用于检测胶带 机的速度， 提供启动控制和显示带速 ； 主电机的电流 信号 ， 用于电流显示和功率平衡调节。 开关量输 出信号 主电机 的启停控制信号 ； 闸电 机的启停控制信号； 油泵电机的启停控制信 号； 液力 偶合器电动执行器控制信号。 2 ． 4 启 动控制 与功 率平衡 的模 糊算 法 为实现胶 带机 的软启 动与双机 拖动 的功率平 衡 ， 模拟输入主要有胶带机稳定运行速度设置、 实际 带速和电机功率 。由于拖动 电机 的电压一定， 功率 的大小与电流成正比， 功率的检测实际上是电机电流 维普资讯 第 4期 2 0 0 3年 8月 工矿 自 动化 I n du s t r y an d Mi n e Au t o ma t i o n NO ． 4 Au g．2 0 0 3 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 3 0 40 0 3 00 3 矿井多媒体综合业务数字网网络结构 及路由协议的研究* 张剑英， 马姗姗 ， 李 鹏 ， 李智_ 涛， 曹国清 中国矿业 大学信 电学 院 ， 江 苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 摘 要 对 煤矿 井工 开采技 术 与通信 线路 的布 置进行 了深入 的讨论 ， 矿 井 多媒 体综合 业务数 字 网网络 结构 为光纤同轴混合接入 网， 并对其选用的资源预留协议 R S VP 的路 由算法协议进行 了研究。 关键词 矿 井 ；多媒 体 ；路 由 ；网络 ；I S D N； R S V P 中 图分 类号 T N 9 1 5 ． 1 2 ／ 9 1 5 ． 0 4 文献 标识码 B S t u d y o n M i n e M u l t i me d i a I S DN Ne t wo r k S t r u c t u r e a n d I t s Ro u t i n g Pr o t o c o l s Z HANG J i a n y i n g ． M A S h a n s h a n， LI P e n g， LI Z h i t a o ， C AO Gu o - q i n g C o l l e g e o f I n f o r ma t i o n a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， C UMT． ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ，C h i n a Abs t r a c t Th e p a p e r d i s c u s s e d t h e t e c hn i q u e s o f mi n e e x p l o i t i n g a nd t he l a y o u t o f c o mm u n i c a t i o n l i n e s i n d e t a i l ．M i ne m u l t i me d i a I SDN n e t wo r k s t r u c t u r e wa s f i b e r hy b r i d a c c e s s n e t wor k Ba sed o n t h e s t r u c t u r e o f mi n e I S D N， r e s o u r c e ． r e s e r v i n g p r o t o c o l RS VP a n d i t s r o u t i n g a l g o r i t h m w e r e a n a l y z e d ． Ke y wo r ds mi n e，mul t i me d i a，r o ut i n g，n e t wor k，I SDN ，RSVP 1 井工 开采技 术与通 信线 路的布 置 我 国煤炭 产量 9 5 ％以上 来 自于井工 开采 的矿 收稿 日期 2 0 0 30 43 0 * 基金项 目 国家科技型 中小企业创新 基金“ 矿井多媒 体综合 业务数字网” 0 2 C 2 6 2 1 3 2 O 0 0 5 6 井 。井 工开采从 技术 上大致 分 8个 环节 采煤 综 采 或普采 、 掘进 综掘 、 原煤运输 胶带运输 、 辅助运 输 电机车或胶轮机 、 通风 、 供电、 排水 、 提升。原煤 生产 工作人 员主要按 工种 分配 在 以上 8个生 产环节 的生产过程中， 为了实现矿井生产的高产高效， 要求 各 主要生产 环节 的信息 能在地 面进行 监测 、 监视 、 监 检测 。软启动与功率平衡的输出部件用于控制 2个 液力耦合器的勺杆位置和速度显示 ， 即输 出部件主 要 控制勺 杆位 置 电机的通 断 。 软启动及功率平衡 模糊的控制框 图如图 3所 示 ， 2个输 入 分 别是 胶 带 机速 度 和 2个 主 电机 的功 率差 ， 2个 输 出分别控 制 2个 勺 杆位置控 制 电机 。 图 3功率平衡 模糊 控制 框图 3结语 采用先 进 的现 场 总线 通信 技术 ， 把相距 甚远 的 多个拖动系统连成控制与监测的整体 ， 提高了监控 系统 的实时性和可靠性， 增强 了抗干扰能力， 使胶带 输送机运行性能和 自动化水平的提高有 了良好的技 术基础 。 参 考 文 献 [ 1 ] 黄民 ， 顾玉华 ． 矿用胶带输送机火灾监测 系统 的研究 [ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 0 ， 2 ． [ 2 ] 孟凡芹 ， 王耀才 ． 井下带式输送机运输线网络监控系统 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 2 ， 4 3 0 ～3 2 ． [ 3 ] 张培仁 ， 朱 东杰． 自动控制技术 和应用 控制 网络的设 计 [ M] ． 合肥 中国科学技术大学 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 4 ] 邬宽 明． C A N总线原理和应 用系统设计 [ M] ． 北 京 北 京航空航天大学 出版社 ， 1 9 9 6 ． 6 ． [ 5 ] 刘曙光 ， 魏俊民 ． 模糊控制技术[ M] ． 北 京 中国纺织 出 版 社 ， 2 0 0 1 ． 6 ． 维普资讯