一種新型礦用柴油機車保護裝置的設計

1、第4期 2011年4月工礦自動化IndustryandMineAutomationNo.4 Apr.2011 文章編號:1671-251X(2011)04-0011-03 DOI:CNKI:32-1627/TP.20110329.0839.001一種新型礦用柴油機車保護裝置的設計張立斌, 汪學明, 程劉勝(中煤科工集團常州自動化研究院,江蘇常州 213015)摘要:針對目前礦用柴油機車保護裝置因采用集中式控制方式而導致功能單一、功能擴展性能不強等問題,提出了一種基于CAN總線的新型礦用柴油機車保護裝置的設計方案,詳細介紹了該保護裝置的軟、硬件設計。該保護裝置的各組成設備之間采用分布式控制,通過

2、CAN總線來交換數(shù)據(jù),可實現(xiàn)礦用柴油機車的轉(zhuǎn)速、時速、油壓、瓦斯?jié)舛鹊刃熊噮?shù)的監(jiān)測功能,以及聲光報警、故障檢測和預警提示功能,且功能擴展方便,為防爆柴油機車提供了整車解決方案。關鍵詞:煤礦;防爆柴油機車;保護裝置;CAN總線;分布式控制中圖分類號:TD524.3/67 文獻標識碼:B 網(wǎng)絡出版時間:2011-03-2908:39網(wǎng)絡出版地址:DesignofaNovelProtectionDeviceofMine usedDieselLocomotiveZHANGLi bin, WANGXue ming, CHENGLiu sheng(ChangzhouAutomationResearchI

3、nstituteofChinaCoalTechnologyandEngineeringGroupCorporation,Changzhou213015,China)Abstract:Forproblemsofsinglefunctionandpoorfunction expandingcausedbycentralizedcontrolmodeofcurrentprotectiondeviceofmine useddiesellocomotive,thepaperputforwardadesignschemeofnovelprotectiondeviceofmine useddieselloc

4、omotivebasedonCANbusandintroducedsoftwareandhardwaredesignsoftheprotectiondeviceindetails.ComponentsoftheprotectiondeviceadoptsdistributedcontrolmodeandexchangedatathroughCANbus.Theprotectiondevicecanrealizemonitoringfunctionsofoperatingparametersofmine useddiesellocomotivesuchasrotationalspeed,spee

5、d,oilpressure,gasconcentrationandsoon,andfunctionsofacousto opticalarming,faultdetectionandpre alarming,andhasperfectfunction expandingperformance,whichprovidesacompletedresolutionforexplosion proofdiesellocomotive.Keywords:coalmine,explosion proofdiesellocomotive,protectiondevice,CANbus,distributed

6、control0 引言防爆柴油機無軌膠輪車(以下簡稱柴油機車)是礦井輔助運輸?shù)闹饕O備。它不需鋪設軌道,且運距長,運輸機動靈活,具有較大的爬坡能力,可實現(xiàn)從地面至工作面不經(jīng)轉(zhuǎn)載的直達運輸,因而效率較收稿日期:2011-01-12基金項目:天地科技股份有限公司科技發(fā)展基金項目(TZ-JJ-2010-SXMJ-2)作者簡介:張立斌(1976-),男,湖南岳陽人,工程師,現(xiàn)主要從事煤礦安全監(jiān)測、傳感器研發(fā)工作。E mail:day213015高,既減輕了工人的勞動強度,又大幅度地提高了生產(chǎn)效率和安全性。因此,防爆柴油機車在煤礦得到了大面積推廣使用,其相應的保護裝置也隨之應運而生。目前,礦用柴油機車保

7、護裝置在總體架構(gòu)上采用集中控制,所有參數(shù)的采集和控制都由控制單元來實現(xiàn),用戶在增加監(jiān)測點和控制輸出點等功能時不能進行很好的擴展。因此,本文提出一種基于CAN總線的礦用柴油機車保護裝置的設計方案。該保護裝置各組成設備之間具有即插即用功能,擴展方便,同時采用CAN總線通信方式來交換數(shù)據(jù),根據(jù)預先設定的邏輯實現(xiàn)機車的分布式控制1,為12礦用柴油機車提供了整車解決方案。1 保護裝置工作原理工礦自動化2.2 顯示器2011年4月顯示器以NXP公司生產(chǎn)的32位微控制器LPC2294為核心2,采用類似汽車儀表盤設計,通過液晶顯示、CAN總線通信、無線通信、數(shù)據(jù)存儲和人機交互,實時或滾動顯示礦用柴油機車的當前

8、狀態(tài)和參數(shù)。顯示器主要由電源轉(zhuǎn)換模塊電路、處理器、LCD液晶顯示模塊電路、射頻讀寫IC卡通信模塊電路、2.4GHz無線射頻通信模塊電路、CAN總線通信模塊電路等組成。2.3 信號轉(zhuǎn)換器信號轉(zhuǎn)換器主要將液位、油位、溫度、轉(zhuǎn)速和時速等信號進行轉(zhuǎn)換,之后再向CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)供其它設備采集。信號轉(zhuǎn)換器由12V本安電源供電,本安電源接入后經(jīng)限流保護進入金升陽DC-DC轉(zhuǎn)換為5V電源給C8051F502單片機供電。壓新型礦用柴油機車保護裝置各組成設備之間通過CAN總線通信,采用分布式控制方式。整個裝置主要由顯示器、電源控制器、控制箱、信號轉(zhuǎn)換器、信號采集器、電池箱等組成,如圖1所示。圖1 新型礦用柴油機

9、車保護裝置組成力、溫度、液位數(shù)據(jù)經(jīng)過放大電路后進入C8051F502的ADC,換算成對應的參數(shù),C8051F502再將壓力、溫度、液位、轉(zhuǎn)速或時速等數(shù)據(jù)發(fā)到CAN總線上,供其它設備單元讀取。2.4 信號采集器信號采集器實現(xiàn)柴油機車的開關量傳感元件和本安型控制開關的接入。開關量傳感元件主要是油壓元件、水位元件或者組合開關(左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前大燈、遠近光等)。開關量信號接入C8051F502的ADC3,C8051F502通過采集端口電壓來監(jiān)測傳感器的四種狀態(tài)(導通、斷開、短路、斷路),并自動向CAN總線發(fā)送當前的輸入狀態(tài)。2.5 控制箱控制箱主要由電源部分、CPU部分、CAN總線接收/發(fā)送及隔離部分和

10、繼電器控制模塊部分等組成?？刂葡鋸腃AN總線接收到控制命令后控制其相應的繼電器動作。繼電器控制模塊主要輸出左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前大燈、遠近光、倒車、啟車燈信號,以及一路18V/350mA本安電源輸出,作為設備擴展的備用本安電源。2.6 電池箱電池箱由2節(jié)12V/12A h鉛酸蓄電池串聯(lián)而成,為礦用柴油機車保護裝置、礦用柴油機車未啟動時的燈光、礦用柴油機車啟車提供電源。礦用柴油機車的調(diào)節(jié)器輸入28V電壓,利用充放電模塊對電池箱的電池進行充電;放電時,電池電壓低于一定值時,充放電模塊控制電池對外輸出,保護電池箱電池,延長電池使用壽命。啟動礦用柴油機車時,將鑰匙開關撥到通電檔位,電源控制器輸出兩路本安電源。

11、保護裝置通電后,各組成設備向CAN總線發(fā)送當前的狀態(tài)和數(shù)據(jù),電源控制器根據(jù)CAN總線上收到的數(shù)據(jù)進行啟車控制。當收到的數(shù)據(jù)不正?；蚰承﹨?shù)超限時,用戶將鑰匙開關撥到啟車檔位時,保護裝置將實現(xiàn)啟車閉鎖,用戶無法啟動柴油機車,保護裝置的顯示器將顯示故障原因;如果電源控制器收到的總線數(shù)據(jù)正常,用戶將鑰匙開關撥到啟車檔位即可實現(xiàn)啟車。柴油機車啟動后,顯示器接收各組成設備向CAN總線發(fā)送的數(shù)據(jù),并顯示保護裝置的各種參數(shù)。當柴油機車的參數(shù)超限時,顯示器顯示當前的報警信息,并發(fā)出光報警信號提醒用戶。當用戶需要實現(xiàn)遠近光、轉(zhuǎn)向、倒車等控制時,信號采集器收到組合開關的輸入信號后向CAN總線發(fā)送控制命令,控制箱收

12、到總線控制命令后控制相對應的繼電器實現(xiàn)相應輸出。2 保護裝置硬件設計2.1 電源控制器電源控制器主要實現(xiàn)電源非安與本安的轉(zhuǎn)換、總線信號采集、熄火控制以及瓦斯監(jiān)測等功能。礦用柴油機車調(diào)節(jié)器的兩路非安電源(28V和24V電源)接入電源控制器后經(jīng)DC/DC變換器轉(zhuǎn)換為兩路12V直流電源,然后經(jīng)本安處理后成為本安電源,一路供顯示器使用,另一路供保護裝置的其它設備、電源控制器的內(nèi)部電路和配接設備使用。2011年第4期3 保護裝置控制流程張立斌等:一種新型礦用柴油機車保護裝置的設計4 保護裝置特點及功能13礦用柴油機車保護裝置控制流程如圖2所示。當鑰匙開關旋到通電檔位后,保護裝置進行啟車自檢。當保護裝置檢

13、測到瓦斯?jié)舛?、溫度、壓力等參?shù)超限時報警并進行電氣閉鎖,禁止保護裝置啟車。當保護裝置檢測到機車各參數(shù)正常時,將鑰匙開關旋至啟車檔,控制箱根據(jù)轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)速信號進行判斷,當轉(zhuǎn)速大于0時,說明機車已經(jīng)啟動,無需啟車;當轉(zhuǎn)速等于0時,電源控制器輸出啟車命令;當機車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為正常怠速并持續(xù)一段特定時間、控制箱超過特定的時間未收到停止啟車命令、電源控制器發(fā)出停止啟車命令時,機車控制箱停止發(fā)出啟車命令,機車啟車成功,此時機車由原來的蓄電池供電變?yōu)檎{(diào)節(jié)器供電,并為蓄電池通電。機車啟動后可以正常運行,當機車運行中信號轉(zhuǎn)換器的參數(shù)(如瓦斯、溫度、轉(zhuǎn)速)出現(xiàn)超限報警時,礦用柴油機車保護裝置的控制器輸出熄

14、火信號。(1)采用分布式控制,各設備之間采用CAN總線傳輸,具有即插即用功能;(2)啟車和運行過程中具有自檢、預警功能;(3)具有車輛行駛速度和里程的測量及時間、日期及駕駛時間的實時采集、記錄、存儲功能;(4)電磁閥具有排溫、瓦斯、轉(zhuǎn)速等參數(shù)超限控制功能,通過保護裝置內(nèi)部的繼電器節(jié)點輸出控制信號,關閉電磁閥,實現(xiàn)停車;(5)超速、瓦斯?jié)舛瘸迺r自動進行聲光報警提醒,報警時蜂鳴器發(fā)出響聲,液晶背光點亮,顯示報警內(nèi)容;(6)具有車輛信息管理功能,地面管理計算機軟件提供良好的人機界面,實現(xiàn)車輛信息錄入、修改、查詢統(tǒng)計及報表打印功能;(7)具有車輛行駛數(shù)據(jù)顯示功能,瓦斯?jié)舛取⑴艤氐葏?shù)采用汽車儀表盤方式直接顯示,其它監(jiān)測量由液晶循環(huán)顯示;(8)具有數(shù)據(jù)通信功能,可通過射頻等接口實現(xiàn)與地面管理計算機的通信;(9)具有車輛行駛數(shù)據(jù)顯示功能,可實現(xiàn)瓦斯?jié)舛?、排溫和日期實時顯示,其它監(jiān)測量循環(huán)顯示。5 結(jié)語新型礦用柴油機車保護裝置各組成設備之間通過CAN總線通信,實現(xiàn)了礦用柴油機車的排溫、轉(zhuǎn)速、時速、油壓、瓦斯?jié)舛鹊刃熊噮?shù)監(jiān)測功能。當所監(jiān)測的參數(shù)超過允許范圍或發(fā)生故障時,提供聲光報警、故障檢測和預警提示功能,而且可以通過礦用柴油機車監(jiān)控儀的開關量輸出控制柴油機車的熄火、轉(zhuǎn)向、倒車、遠近光等操作,達到控制車輛運行、實現(xiàn)礦用柴油機車保護的目的。參考文獻: