矿井电机车的控制系统设计解析

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摘要：以DSPIC30F6010A单片机为核心，设计了一种电机车变频调速控制系统，并从硬件和软件两方面对系统的构成要素和主要特性进行逐一分析，最后针对其实际应用效果进行分析。结果表明所设计控制系统可以有效调控电机车运行，是确保电机车安全、稳定、低能耗运行的重要保障。

关键词：电机车;控制系统;设计分析;软件程序

引言

井下轨道电机车作为煤矿生产作业过程中所不可或缺的关键核心运输装备，其依据速度调控方式的差异可分为直流牵引电阻调速、直流牵引斩波调速和交流牵引变频调速三大类别。其中交流牵引电机车作为新型的机车类型，相较于传统的直流牵引电机车具有质量轻、体积小、运行稳定性佳、作业维护简便、无需配设滑环与换向装置，防爆性能优良的诸多优势，加之变频调速技术良好的节能效果。可以说，在交流牵引电机车必将成为今后井下电机车的主流形式。因此结合其运行特征和使用需求，探究有效的电机车交流变频控制方案，构建性能优良的交流变频调速系统。

1控制系统设计分析

基于DSPIC30F6010A型十六位单片机，设计研发一种电机车交流变频控制系统。系统运行时有蓄电池供应直流电压，并经由三相逆变控制单元将直流电调控成频率可控的三相交流电。整个系统的主要构成组件囊括蓄电池、充电及电容模块、三相逆变电桥、电流传感组件、驱动模块、检测模块、单片机控制电路等[1-2]。

2DSPIC30F6010A型单片机控制系统

DSPIC30F6010A单片机控制电路为系统功能得以有效实现的关键核心，整个控制电路囊括五大构成部分：一是由DSPIC30F6010A型单片机、速度检测电路、数字输入信号端等构成的DSP（数字信号处理）数字系统，其可以有效开展各类数字运算、子模块调控以及电机车启停运行、点动运行、多段速设定等功效；二是运行模拟量接口电路，其构成组件包括电流电压检测模块、温度监测模块、运行速度设定模块等，功效是为DSP系统采集数字信息；三是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）驱动电路，该电路能够将从DSP系统中输出的SPWM（脉冲宽度调制）讯号转换为能够调控IGBT系统的脉冲讯号。此外，当IGBT系统出现过载或短路现象时，该驱动电路课自行向DSP系统发送故障讯号；四是CAN（现场总线）通讯电路；五是液晶显示模块和键盘录入模块，其中录入模块能够借助外接的键盘设备对系统的运行设定各类参数，譬如控制电机车的启动或停止，设定电机车运行维持在某一速度值等，而液晶显示模块核心功能便是对电机车运行中的各项运行参数进行设定，同时对运行中存在的故障数据进行记录[3-4]。

3软件系统分析

所设计控制系统配套软件程序主要包含作业操控主程序、捕捉中断程序、定时中断服务程序、异步通讯中断程序、总线通讯中断程序等子程序。主程序的核心功能是完成系统运行的初始化和设定相应运行参数，同时确保数据寄存装置的有效初始化以及各类中断功能运行的有效性。异步通讯中断程序的核心功能是实现同录入键盘之间的有效对接，一方面实时接收键盘所传输的系统运行指令，另一方面将控制系统运行的各项参数和故障信息等实时传输至键盘进行显示，便于操作者了解运行状况[5]。捕获中断程序的核心功能是实现对占空比同周期寄存装置内部的数据更新，并解算出相应的占空比，完成脉冲宽度调制波的产生于输出。定时中断服务程序的核心功能主要有三点：一是对系统外界端口的各类子信号进行采样作业，一般包括电机启停信号、运动方向信号、速度信号、故障信号以及复位信号等；二是针对运行时电路中的直流电压、三相电流、电路温度等数据进行采样和分析；三是针对电机开展缺相检查、转矩跟踪与补偿解算、V/F曲线求解、稳压求解、死区补偿求解、相位累加求解、寄存装置数值求解、过载过流求解等[6]。

4系统运行效果分析

当电机车空载启动时，其电流波形如图3-1所示，电机车可在5s内实现有效的启动操作，并进入运行稳定状态。同时结合图片内容可知，电机启动时其启动电流波形稳定性保持良好。此时电流值约为125A，电压值约为180V均处于安全运行区间范围内，同时由图片波形状态可知，电机运行稳定，安全5结语本次设计基于DSPIC30F6010A型单片机开展，所设计电机车控制系统硬件电路结构简单，模块区分鲜明，功能设置合理，能够结合具体的实际使用需求设定相应的运行参数，从而确保了电机车在不同作业环境下使用的有效性。加之所配套软件程序功能众多，具备良好可移植性，极大地方便了不同型号电机车的使用需求。

参考文献

[1]宗剑.矿山牵引电机车控制系统的研究[D].上海：上海大学，2014.

[2]郎立国.电机车自动定位运行控制系统设计[D].大连：大连海事大学，2006.

[3]邓永红，赵立永，黄成玉.基于DSP矿用蓄电池电机车交流牵引控制系统的研究[J].华北科技学院学报，2012（1）：55-59.

[4]邓永红，潘玉民，张全柱，等.矿用电机车交流牵引控制系统的研究[J].煤炭工程，2012（9）：19-121.

[5]任传敏，盛况，贺志超，等.蓄电池电机车变频控制系统的设计[J].江西煤炭科技，2010（2）：83-85.

[6]栗忠魁，阮毅，宗剑，等.直流架线式矿用电机车变频调速控制系统的设计[J].电机与控制应用，2011（5）：27-30；35.

[7]赵立永，刘红梅.矿用电机车储存与再生双向DC/DC变流器控制系统的研究[J].华北科技学院学报，2015（6）：6-60.

[8]李瑞金.矿用开关磁阻电机车控制系统设计[J].工矿自动化，2015（9）：22-25.

作者:赵树欣 单位:山西汾西矿业集团高阳煤矿