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摘要：以掘進機為研究對象，針對其控制系統的設計開展分析研究。在分析掘進機控制系統智能優化必要性的基礎上，從總體設計、數據采集模塊設計、邏輯控制模塊設計三個角度分別對掘進機控制系統的構成進行全面分析，以期為掘進機操作更加高質、高效的開展提供一定理論支撐。
關鍵詞：掘進機;控制系統;設計分析
引言
伴隨現代科技的持續進步，煤礦井下生產掘進設備的控制手段逐漸完善，掘進機控制系統具備自我保護、控制等基礎功能外，還兼具遠程遙控、故障自我診斷等諸多功效，同時設備操作的可靠性與穩定性也大幅增加?，F代化的掘進機控制系統可處理模擬量信號通?？煞譃橹芷诮涣餍盘柡蜆藴誓M信號兩大類，但在模擬量信號處理前，系統DSP（數字信號處理裝置）需要先對信號進行AD（模數）轉換。常規轉換方式存在周期長、效率低、速度慢等不足，對掘進設備的有效操作造成了一定影響。而CPLD（復雜可編程邏輯器）作為一種結構簡單、靈活性高、運算速度快的新型信號處理器件，可以極大地增強DSP對外設的訪問功效，從而增加系統對數據的搜集效率，同時CPLD系統對傳統邏輯器件的取代可以實現邏輯功能的整合，使得系統電路組成進一步簡化，這對于掘進機更加高效、高質的操作有著積極意義[1]。
1掘進機控制系統總體設計分析
圖1所示即為掘進機控制系統的硬件構成框架圖，各主要構成單元分析如下。
1.1微機控制單元
微機控制單元為整個掘進機控制系統的關鍵節點，擔負著數據搜集、結算、分析和存儲等諸多核心功能。此次所使用主控芯片信號為TMS320是一款具備高效數字處理功能和嵌入控制功能的芯片，同時其還配設有多款標準外設裝置，能夠為整個掘進機操控的達成提供良好的保障[2]。
1.2數據采集模塊
系統中的CPLD數據采集模塊主要用于對模擬量信號的搜集和相應的AD轉換。此次設計中選取信號為MAXE1的處理芯片，該芯片具備高效的邏輯編程解決功能，對于系統的高速操作有著良好的適應性。整個芯片內部囊括信號輸入與輸出、邏輯列陣等多個模塊。
1.3邏輯控制模塊
邏輯控制模塊功能在于確保掘進機控制系統的各項邏輯功能有效達成。此次設計中選用型號為EPMSLC的芯片，整個芯片具有2000多個邏輯門與80多個引腳。在使用中如果需要對控制系統增設全新的邏輯操作，只需對CPLD內部程序進行一定的修改即可，無需對硬件進行改動[3]。
1.4開關量輸入輸出模塊
該模塊用于對外接設備開關量信號的輸入與輸出，其選用繼電器與光電隔離器對信號實施電平轉換與隔離，從而確保通信具備良好的瞬間抗干擾性能，提升通訊的有效距離。
2CPLD數據采集模塊設計分析
2.1硬件設計分析
借助CPLD數據采集模塊能夠同時將多個AD轉換單元映射至DSP地址空間內，從而實現多通道AD轉換作業的同步操作為整個掘進機控制系統的操作提供動態的采用通道選擇。下頁圖2所示即為數據采集模塊的硬件構成框架示意圖。由下頁圖2的分析可知，所謂的信號變換概指借由精密度極高的互感裝置與放大電路，實現電壓、電流等電量信號轉換為可控的電壓信號。雙四選一概指借由多個開關通道確保電壓和電流兩者的采樣可以同步開展，從而有效規避電壓與電流不同步情況時存在的角度差問題，實現各個系統功率因數精準度的增加。低通濾波裝置功能在于對信號的輸入頻率進行調整，確保其頻率最大值不高于采樣頻率的一半。采樣保持概指通過設備調節使得模擬信號的輸入值可以再AD轉換作業過程中不會發生波動。多路轉換裝置的功能在于可以使多個模擬量信號同用同一個轉換模塊[4-5]。
2.2程序設計分析
DSP借由外部中斷實現對CPLD的啟動，進而再實現對掘進機控制系統的操作控制。當CPLD確定AD轉換過程結束，便會將DSP外部中斷連接至高電平，從而實現對AD轉換結果的有效讀取。其數據采樣流程示意圖如下圖3所示。其中，通過CPLD實現對多路轉換開關的選通操作。AD轉換裝置同采樣保持裝置將的轉換順序由多路轉換開關操控完成。AD轉換裝置借由CPLD狀態機實現有效操作。也就是說將AD轉換作業換分為四個狀態，其分別為ST0、ST1、ST2、ST3，相互間關系如圖4所示。其中ST0代表AD轉換處于初始狀態；ST1代表AD轉換處于選通狀態；ST2代表AD轉換作業完畢；ST3代表對轉換數據進行讀取[6]。
3邏輯控制模塊設計分析
邏輯控制借由一個CPLD芯片替換傳統的多個標準邏輯元器件，從而達成對多個邏輯功能的集成，實現控制系統電路簡化的目標。圖5為邏輯電路結構示意圖。
4結語
掘進機作為煤礦生產作業連續、高效開展的關鍵設備，其運行質量對礦井生產的整體經濟效益的提升有著積極作用?；诖?，礦井管理者應將對掘進機的管理作為煤礦設備管理的核心之一，組織專業技術力量，結合礦井實際的情況研發具有針對性的智能化控制系統，從而為礦井生產效益的提升和礦井持續發展提供支撐。
參考文獻
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[2]盧軍，李振璧，曹明明，等.基于STM32的掘進機控制系統設計[J].煤礦機械，2013（1）：265-267.
[3]呼守信.基于DSP及CPLD的掘進機控制系統設計[J].工礦自動化，2012（3）：55-57.
[4]井樂.掘進機自動成型控制系統研究[D].西安：西安科技大學，2014.
[5]劉美俊，林明星，鈕恒，等.掘進機PLC控制系統的設計與維護[J].煤炭工程，2016（11）：131-133.
[6]王紅.懸臂式掘進機自動控制系統設計[J].工礦自動化，2016（9）：68-71.
[7]曹輝.新型掘進機電氣控制系統設計探析[J].技術與市場，2014（6）：159-160.
作者:仇文陽 單位:山西省陽泉煤業(集團)有限責任公司選煤中心