礦井電機車的控制系統設計解析論文

摘要：以DSPIC30F6010A單片機為核心，設計了一種電機車變頻調速控制系統，並從硬件和軟件兩方面對系統的構成要素和主要特性進行逐一分析，最後針對其實際應用效果進行分析。結果表明所設計控制系統可以有效調控電機車運行，是確保電機車安全、穩定、低能耗運行的重要保障。

關鍵詞：電機車;控制系統;設計分析;軟件程序

引言

井下軌道電機車作為煤礦生產作業過程中所不可或缺的關鍵核心運輸裝備，其依據速度調控方式的差異可分為直流牽引電阻調速、直流牽引斬波調速和交流牽引變頻調速三大類別。其中交流牽引電機車作為新型的機車類型，相較於傳統的直流牽引電機車具有質量輕、體積小、運行穩定性佳、作業維護簡便、無需配設滑環與換向裝置，防爆性能優良的諸多優勢，加之變頻調速技術良好的節能效果。可以説，在交流牽引電機車必將成為今後井下電機車的`主流形式。因此結合其運行特徵和使用需求，探究有效的電機車交流變頻控制方案，構建性能優良的交流變頻調速系統。

1控制系統設計分析

基於DSPIC30F6010A型十六位單片機，設計研發一種電機車交流變頻控制系統。系統運行時有蓄電池供應直流電壓，並經由三相逆變控制單元將直流電調控成頻率可控的三相交流電。整個系統的主要構成組件囊括蓄電池、充電及電容模塊、三相逆變電橋、電流傳感組件、驅動模塊、檢測模塊、單片機控制電路等[1-2]。

2DSPIC30F6010A型單片機控制系統

DSPIC30F6010A單片機控制電路為系統功能得以有效實現的關鍵核心，整個控制電路囊括五大構成部分：一是由DSPIC30F6010A型單片機、速度檢測電路、數字輸入信號端等構成的DSP（數字信號處理）數字系統，其可以有效開展各類數字運算、子模塊調控以及電機車啟停運行、點動運行、多段速設定等功效；二是運行模擬量接口電路，其構成組件包括電流電壓檢測模塊、温度監測模塊、運行速度設定模塊等，功效是為DSP系統採集數字信息；三是IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）驅動電路，該電路能夠將從DSP系統中輸出的SPWM（脈衝寬度調製）訊號轉換為能夠調控IGBT系統的脈衝訊號。此外，當IGBT系統出現過載或短路現象時，該驅動電路課自行向DSP系統發送故障訊號；四是CAN（現場總線）通訊電路；五是液晶顯示模塊和鍵盤錄入模塊，其中錄入模塊能夠藉助外接的鍵盤設備對系統的運行設定各類參數，譬如控制電機車的啟動或停止，設定電機車運行維持在某一速度值等，而液晶顯示模塊核心功能便是對電機車運行中的各項運行參數進行設定，同時對運行中存在的故障數據進行記錄[3-4]。

3軟件系統分析

所設計控制系統配套軟件程序主要包含作業操控主程序、捕捉中斷程序、定時中斷服務程序、異步通訊中斷程序、總線通訊中斷程序等子程序。主程序的核心功能是完成系統運行的初始化和設定相應運行參數，同時確保數據寄存裝置的有效初始化以及各類中斷功能運行的有效性。異步通訊中斷程序的核心功能是實現同錄入鍵盤之間的有效對接，一方面實時接收鍵盤所傳輸的系統運行指令，另一方面將控制系統運行的各項參數和故障信息等實時傳輸至鍵盤進行顯示，便於操作者瞭解運行狀況[5]。捕獲中斷程序的核心功能是實現對佔空比同週期寄存裝置內部的數據更新，並解算出相應的佔空比，完成脈衝寬度調製波的產生於輸出。定時中斷服務程序的核心功能主要有三點：一是對系統外界端口的各類子信號進行採樣作業，一般包括電機啟停信號、運動方向信號、速度信號、故障信號以及復位信號等；二是針對運行時電路中的直流電壓、三相電流、電路温度等數據進行採樣和分析；三是針對電機開展缺相檢查、轉矩跟蹤與補償解算、V/F曲線求解、穩壓求解、死區補償求解、相位累加求解、寄存裝置數值求解、過載過流求解等[6]。

4系統運行效果分析

當電機車空載啟動時，其電流波形如圖3-1所示，電機車可在5s內實現有效的啟動操作，並進入運行穩定狀態。同時結合圖片內容可知，電機啟動時其啟動電流波形穩定性保持良好。此時電流值約為125A，電壓值約為180V均處於安全運行區間範圍內，同時由圖片波形狀態可知，電機運行穩定，安全5結語本次設計基於DSPIC30F6010A型單片機開展，所設計電機車控制系統硬件電路結構簡單，模塊區分鮮明，功能設置合理，能夠結合具體的實際使用需求設定相應的運行參數，從而確保了電機車在不同作業環境下使用的有效性。加之所配套軟件程序功能眾多，具備良好可移植性，極大地方便了不同型號電機車的使用需求。

參考文獻

[1]宗劍.礦山牽引電機車控制系統的研究[D].上海：上海大學，2014.

[2]郎立國.電機車自動定位運行控制系統設計[D].大連：大連海事大學，2006.

[3]鄧永紅，趙立永，黃成玉.基於DSP礦用蓄電池電機車交流牽引控制系統的研究[J].華北科技學院學報，2012（1）：55-59.

[4]鄧永紅，潘玉民，張全柱，等.礦用電機車交流牽引控制系統的研究[J].煤炭工程，2012（9）：19-121.

[5]任傳敏，盛況，賀志超，等.蓄電池電機車變頻控制系統的設計[J].江西煤炭科技，2010（2）：83-85.

[6]慄忠魁，阮毅，宗劍，等.直流架線式礦用電機車變頻調速控制系統的設計[J].電機與控制應用，2011（5）：27-30；35.

[7]趙立永，劉紅梅.礦用電機車儲存與再生雙向DC/DC變流器控制系統的研究[J].華北科技學院學報，2015（6）：6-60.

[8]李瑞金.礦用開關磁阻電機車控制系統設計[J].工礦自動化，2015（9）：22-25.