掘进机控制与保护装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及掘进机控制与保护技术，具体是一种掘进机控制与保护装置。本发明解决了现有掘进机控制与保护技术控制与保护的可靠性较差的问题。掘进机控制与保护装置，包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板、第一电源板、第二电源板、母板；所述母板包括电源总线和CAN总线；其中，数字量输入板的供电输入端、数字量输出板的供电输入端、模拟量输入板的供电输入端、DSP控制板的供电输入端、第一电源板的供电输出端均与电源总线连接；数字量输入板的信号传输端、数字量输出板的信号传输端、模拟量输入板的信号传输端、DSP控制板的信号传输端均与CAN总线连接。本发明适用于掘进机的控制与保护。
【专利说明】掘进机控制与保护装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及掘进机控制与保护技术，具体是一种掘进机控制与保护装置。
【背景技术】
[0002]掘进机是煤矿井下作业的重要设备。在掘进机作业过程中，需要对掘进机的各个部件进行控制与保护，以保证掘进机的正常作业，进而保证煤矿的安全高效生产。在现有技术条件下，掘进机的控制与保护主要是通过PLC控制与保护系统来实现的。PLC控制与保护系统主要包括PLC控制器和大量的模数保护模块。当采用PLC控制与保护系统进行掘进机的控制与保护时，每个需要控制与保护的量首先经模数保护模块转换为开关数字量，然后经PLC控制器的数字量输入模块输入PLC控制器，最后通过PLC控制器的逻辑编程来实现掘进机的控制与保护。实践表明，现有掘进机控制与保护技术由于自身原理所限，存在如下问题:其一，在对掘进机进行控制与保护时，每个需要控制与保护的量都需要经模数保护模块转换为开关数字量，而由于模数保护模块的数量极为庞大，势必导致控制与保护的可靠性较差。其二，在对掘进机进行控制与保护时，PLC控制器通过变极调速来对掘进机的切割电机进行调速，而变极调速在进行高低速切换时，容易因电流冲击大、震动大而导致切割电机的刀头损坏，由此同样导致控制与保护的可靠性较差。基于此，有必要发明一种全新的掘进机控制与保护装置，以解决现有掘进机控制与保护技术控制与保护的可靠性较差的问题。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有掘进机控制与保护技术控制与保护的可靠性较差的问题，提供了一种掘进机控制与保护装置。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:掘进机控制与保护装置，包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板、第一电源板、第二电源板、母板；所述母板包括电源总线和CAN总线；其中，数字量输入板的供电输入端、数字量输出板的供电输入端、模拟量输入板的供电输入端、DSP控制板的供电输入端、第一电源板的供电输出端均与电源总线连接；数字量输入板的信号传输端、数字量输出板的信号传输端、模拟量输入板的信号传输端、DSP控制板的信号传输端均与CAN总线连接。
[0005]工作时，将本发明所述的掘进机控制与保护装置与掘进机的各个部件(包括甲烷传感器、油箱液位传感器、本安控制箱、油泵电机、切割电机、转载电机、除尘电机、显示屏、24V开关电源)进行连接。具体工作过程如下:数字量输入板采集本安控制箱的各种外部数字量信号(包括启停信号、报警信号、复位信号、显示屏翻页信号、欠压过压信号、甲烷浓度信号)，并对采集到的各种外部数字量信号进行处理，然后通过CAN总线将处理后的各种外部数字量信号发送至DSP控制板。模拟量输入板采集油泵电机、切割电机、转载电机、除尘电机的各种外部模拟量信号(包括三相电流信号、电机温度信号、油箱液位信号)，并对采集到的各种外部模拟量信号进行处理，然后通过CAN总线将处理后的各种外部模拟量信号发送至DSP控制板。DSP控制板采集切割电机的各种外部模拟量信号(包括三相电流信号、中间直流电压信号、水冷基板温度信号、转速信号、驱动反馈信号)，并对采集到的各种外部模拟量信号进行处理。DSP控制板根据各种外部数字量信号和各种外部模拟量信号产生各种数字量控制信号(包括启停控制信号、急停控制信号、报警控制信号、故障控制信号)，然后通过CAN总线将各种数字量控制信号发送至数字量输出板。数字量输出板对各种数字量控制信号进行处理，然后将处理后的各种数字量控制信号发送至油泵电机、切割电机、转载电机、除尘电机，由此实现对油泵电机、切割电机、转载电机、除尘电机的各种控制(包括启停控制、急停控制、报警控制、故障控制)和各种保护(包括欠压保护、过压保护、短路保护、过载保护、缺相保护、主回路漏电闭锁保护、电机温度保护、油箱温度过高保护、水冷基板温度过高保护、甲烷浓度超限保护、油箱液位过低保护)。与此同时，DSP控制板根据各种外部模拟量信号产生PWM信号，然后将PWM信号发送至切割电机的PWM驱动板，由此实现对切割电机的变频控制。在此过程中，24V开关电源分别向第一电源板、第二电源板提供24V直流电源。第一电源板通过电源总线分别向数字量输入板、数字量输出板、DSP控制板提供+3.3V控制电源，通过电源总线分别向数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板提供+5V控制电源，通过电源总线分别向模拟量输入板、DSP控制板提供±15V双路工作电源，并分别向甲烷传感器、油箱液位传感器提供±15V双路工作电源。第二电源板向切割电机的PWM驱动板提供+15V电源。各种信号均通过CAN总线发送至显示屏，显示屏对各种信号进行显示。
[0006]基于上述过程，与现有掘进机控制与保护技术相比，本发明所述的掘进机控制与保护装置具有如下优点:其一，本发明所述的掘进机控制与保护装置通过采用总线式控制与保护系统(该总线式控制与保护系统包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板、CAN总线)，实现了对掘进机进行各种控制与保护。与PLC控制与保护系统相比，总线式控制与保护系统省去了 PLC控制器和大量的模数保护模块，由此有效提高了控制与保护的可靠性。其二，本发明所述的掘进机控制与保护装置通过采用DSP控制板，实现了对掘进机的切割电机进行变频调速。与变极调速相比，变频调速能够实现无级调速，因而其在进行高低速切换时，能够有效防止切割电机的刀头损坏，由此同样有效提高了控制与保护的可靠性。综上所述，本发明所述的掘进机控制与保护装置通过采用全新结构，有效解决了现有掘进机控制与保护技术控制与保护的可靠性较差的问题。
[0007]本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有掘进机控制与保护技术控制与保护的可靠性较差的问题，适用于掘进机的控制与保护，尤其适用于EBZ260型掘进机的控制与保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]掘进机控制与保护装置，包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板、第一电源板、第二电源板、母板；所述母板包括电源总线和CAN总线；其中，数字量输入板的供电输入端、数字量输出板的供电输入端、模拟量输入板的供电输入端、DSP控制板的供电输入端、第一电源板的供电输出端均与电源总线连接；数字量输入板的信号传输端、数字量输出板的信号传输端、模拟量输入板的信号传输端、DSP控制板的信号传输端均与CAN总线连接。
[0010]所述数字量输入板的数目、数字量输出板的数目、模拟量输入板的数目均为两个。工作时，其中一个数字量输入板作为主用板，另一个数字量输入板作为备用板。其中一个数字量输出板作为主用板，另一个数字量输出板作为备用板。其中一个模拟量输入板作为主用板，另一个模拟量输入板作为备用板。
[0011]所述数字量输入板包括C96连接器、单片机、CPLD芯片、CAN收发器、24路输入处理电路、F48连接器；单片机的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；单片机的信号传输端依次通过CPLD芯片、24路输入处理电路与F48连接器连接。工作时，C96连接器与CAN总线和电源总线连接。F48连接器与掘进机的部件连接。单片机、CPLD芯片、24路输入处理电路对各种外部数字量信号进行处理。
[0012]所述数字量输出板包括C96连接器、单片机、CPLD芯片、CAN收发器、14路继电器输出电路、F48连接器；单片机的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；单片机的信号传输端依次通过CPLD芯片、14路继电器输出电路与F48连接器连接。工作时，C96连接器与CAN总线和电源总线连接。F48连接器与掘进机的部件连接。单片机、CPLD芯片、14路继电器输出电路对各种数字量控制信号进行处理。
[0013]所述模拟量输入板包括C96连接器、单片机、CAN收发器、16路模拟信号调理电路、F48连接器；单片机的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；单片机的信号传输端通过16路模拟信号调理电路与F48连接器连接。工作时，C96连接器与CAN总线和电源总线连接。F48连接器与掘进机的部件连接。单片机、16路模拟信号调理电路对各种外部模拟量信号进行处理。
[0014]所述DSP控制板包括C96连接器、DSP芯片、FPGA芯片、CAN收发器、14路脉冲输出电路、反馈信号处理电路、F48连接器；DSP芯片的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；DSP芯片的信号输出端依次通过FPGA芯片、14路脉冲输出电路与F48连接器连接；DSP芯片的信号输入端依次通过FPGA芯片、反馈信号处理电路与F48连接器连接。工作时，C96连接器与CAN总线和电源总线连接。F48连接器与掘进机的部件连接。DSP芯片、FPGA芯片、14路脉冲输出电路、反馈信号处理电路对各种外部模拟量信号进行处理，并产生各种数字量控制信号和PWM信号。
[0015]所述第一电源板包括C96连接器、+5V输出电源模块、+3.3V输出电源模块、土 15V输出电源模块、F48连接器；+5V输出电源模块的供电输出端、+3.3V输出电源模块的供电输出端、± 15V输出电源模块的供电输出端均与C96连接器连接；+5V输出电源模块的供电输出端、+3.3V输出电源模块的供电输出端、土 15V输出电源模块的供电输出端均与F48连接器连接。工作时，C96连接器与电源总线连接。F48连接器与掘进机的部件连接。+5V输出电源模块、+3.3V输出电源模块、± 15V输出电源模块向数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板、甲烷传感器、油箱液位传感器提供+3.3V控制电源、+5V控制电源、±15V双路工作电源。
[0016]所述第二电源板包括C96连接器、+15V输出电源模块、F48连接器；+15V输出电源模块的供电输出端与F48连接器连接。工作时，F48连接器与掘进机的部件连接。+15V输出电源模块向切割电机的PWM驱动板提供+15V电源。
[0017]具体实施时，数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板、第一电源板均采用3U板型。DSP芯片型号采用TMS320F2812。CPLD芯片型号采用XC95144。FPGA芯片型号采用XC6SLX4。
【权利要求】
1.一种掘进机控制与保护装置，其特征在于:包括数字量输入板、数字量输出板、模拟量输入板、DSP控制板、第一电源板、第二电源板、母板；所述母板包括电源总线和CAN总线；其中，数字量输入板的供电输入端、数字量输出板的供电输入端、模拟量输入板的供电输入端、DSP控制板的供电输入端、第一电源板的供电输出端均与电源总线连接；数字量输入板的信号传输端、数字量输出板的信号传输端、模拟量输入板的信号传输端、DSP控制板的信号传输端均与CAN总线连接。
2.根据权利要求1所述的掘进机控制与保护装置，其特征在于:所述数字量输入板的数目、数字量输出板的数目、模拟量输入板的数目均为两个。
3.根据权利要求1所述的掘进机控制与保护装置，其特征在于:所述数字量输入板包括C96连接器、单片机、CPLD芯片、CAN收发器、24路输入处理电路、F48连接器；单片机的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；单片机的信号传输端依次通过CPLD芯片、24路输入处理电路与F48连接器连接。
4.根据权利要求1所述的掘进机控制与保护装置，其特征在于:所述数字量输出板包括C96连接器、单片机、CPLD芯片、CAN收发器、14路继电器输出电路、F48连接器；单片机的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；单片机的信号传输端依次通过CPLD芯片、14路继电器输出电路与F48连接器连接。
5.根据权利要求1所述的掘进机控制与保护装置，其特征在于:所述模拟量输入板包括C96连接器、单片机、CAN收发器、16路模拟信号调理电路、F48连接器；单片机的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；单片机的信号传输端通过16路模拟信号调理电路与F48连接器连接。
6.根据权利要求1所述的掘进机控制与保护装置，其特征在于:所述DSP控制板包括C96连接器、DSP芯片、FPGA芯片、CAN收发器、14路脉冲输出电路、反馈信号处理电路、F48连接器；DSP芯片的信号传输端通过CAN收发器与C96连接器连接；DSP芯片的信号输出端依次通过FPGA芯片、14路脉冲输出电路与F48连接器连接；DSP芯片的信号输入端依次通过FPGA芯片、反馈信号处理电路与F48连接器连接。
7.根据权利要求1所述的掘进机控制与保护装置，其特征在于:所述第一电源板包括C96连接器、+5V输出电源模块、+3.3V输出电源模块、土 15V输出电源模块、F48连接器；+5V输出电源模块的供电输出端、+3.3V输出电源模块的供电输出端、土 15V输出电源模块的供电输出端均与C96连接器连接；+5V输出电源模块的供电输出端、+3.3V输出电源模块的供电输出端、± 15V输出电源模块的供电输出端均与F48连接器连接。
8.根据权利要求1所述的掘进机控制与保护装置，其特征在于:所述第二电源板包括C96连接器、+15V输出电源模块、F48连接器；+15V输出电源模块的供电输出端与F48连接器连接。
【文档编号】G05B19/418GK103645709SQ201310660604
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】李国锋, 赵豆, 陈建峰, 李勇斌, 夏建民, 杨伟, 怀丽 申请人:永济新时速电机电器有限责任公司