探究CPLD在煤礦連采機保護系統(tǒng)中的應(yīng)用

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摘 要：主要分析了CPLD在煤礦連采機保護系統(tǒng)中的應(yīng)用，探究了CPLD實現(xiàn)模擬信號的采集和處理、完成復(fù)雜的邏輯關(guān)系的過程，從而提高了連采機控制系統(tǒng)的處理速度、集成度和可靠性，最終解決了數(shù)字處理信號控制器引發(fā)的程序不穩(wěn)等問題。

關(guān)鍵詞：煤礦采掘；CPLD；連采機保護系統(tǒng)；數(shù)字處理信號控制器

中圖分類號：TP274 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.147

連采機在煤礦采掘中應(yīng)用比較廣泛，是必不可少的大型采掘工具之一。其中，連采機中最重要的系統(tǒng)就是電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)配合液壓系統(tǒng)，能夠讓連采機有效地完成工作和生產(chǎn)。對于控制系統(tǒng)，可采用一種高性能的CPLD液晶顯示驅(qū)動模塊，它主要用于數(shù)據(jù)采集以及對邏輯的控制和操作，以強化電氣控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集效率，使控制系統(tǒng)獲得更多的控制功能，增強其實時控制性能。

1 保護系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計

連采機帶有一定的生產(chǎn)工藝和較高的自動化控制標(biāo)準(zhǔn)，主要是利用32位的中央處理器對其實施控制和保護，進而不斷地提高連采機的生產(chǎn)和作業(yè)效率，有效地實現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)化要求和智能化發(fā)展。

連采機的控制系統(tǒng)主要包括CPLD，也就是復(fù)雜大規(guī)模的可編程邏輯器件。它采用了EDA中的功能和技術(shù)，將CPLD與DSP結(jié)合起來，使CPLD在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)讀寫功能，并強化其邏輯性。

保護系統(tǒng)中的硬件包括計算機的控制單元，這是控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的組成部分，它主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集和計算的工作，同時，還能實現(xiàn)對邏輯的判斷和存儲等。計算機控制單元主要有CPU，即中央處理器、復(fù)位電路和存儲器等。

保護系統(tǒng)中的穿行通信主要有2個口，即SCI和SPI。它們可以用專業(yè)生產(chǎn)公司的MAX485收發(fā)器實現(xiàn)接口的通信功能，使操作箱、網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議和其他的一些設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的通信。

開關(guān)量輸入和輸出的主要連接設(shè)備是控制系統(tǒng)和其他的設(shè)備。這時，外部的設(shè)備通過開關(guān)量的輸入向外傳遞信號，然后再用光電隔離，使繼電器與信號隔離，實現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。在CAN總線系統(tǒng)中，數(shù)字訊號處理器主要針對的是數(shù)字控制設(shè)計DSP內(nèi)部集成增強型局控制器域網(wǎng)模塊，并且它還拓展、兼容CAN2.0的CAN模塊。這樣，它就很方便地接入CAN總線中，并與顯示箱、電磁閥控制箱和遙控系統(tǒng)等共同組成CAN總線系統(tǒng)。

一般標(biāo)準(zhǔn)模擬信號為2～10 V，有的模擬量信號為4～20 V，主要是一些傳感器通過電氣控制箱后轉(zhuǎn)換信號，輸進一些多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，同時進行A/D轉(zhuǎn)換。對于脈沖寬度信號輸入智能彈性架構(gòu)540，有效地增大了脈沖寬度信號的驅(qū)動能力，從而為連采機的液壓系統(tǒng)內(nèi)部提供充分的電流。對于周期性的交流電量，一般采用離散采樣的方法，經(jīng)過對A/D的轉(zhuǎn)換后，形成計算機中可處理的數(shù)據(jù)，運用系統(tǒng)、快捷的算法計算功率的因數(shù)結(jié)果、電壓和電流等。

2 應(yīng)用分析

連采機自動控制和保護系統(tǒng)的主要功能是利用周期性的交流電量和標(biāo)準(zhǔn)的直流模擬量信號轉(zhuǎn)換A/D。一般情況下，數(shù)字信號處理的控制能力很差，但是，在算法及其他的功能上就顯示出了較強的能力。如果數(shù)字信號的處理沿用A/D轉(zhuǎn)換，在其過程中就會顯示出編程的簡便，控制周期過長，速度較慢。采用這種復(fù)雜可編程的邏輯器件，運用大規(guī)模的集成電路系統(tǒng)，有非常好的靈活性和強大的功能性，并且數(shù)據(jù)的采樣接口也會更加方便、靈活。對于數(shù)字信號處理，就是將一些模擬信號映射在輸入和輸出設(shè)備中，然后再訪問。

對于復(fù)雜可編程邏輯器件主要是利用芯片實現(xiàn)系統(tǒng)中的一些邏輯功能，使傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件被逐漸代替。這種復(fù)雜可編程邏輯器件在保護系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大增強了DSP的外設(shè)訪問能力，從整體上簡化了硬件電路，有效地提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速率，使外圍設(shè)備有了較大可擴展性。

在復(fù)雜可編程邏輯器件中，由于CPLD是一種新發(fā)展起來的可編程邏輯器件，所以，一般情況下，用戶可對其編程，完成所需的功能。這樣做，可以使編程的邏輯器件得到長足的發(fā)展，規(guī)模變得越來越大，不斷增強其功能，進而降低成本價，同時，也會使其配套設(shè)施的開發(fā)更加完善。由此可見，復(fù)雜可編程邏輯器具有編程方式簡單、先進，速度快和高可靠性等特點。

3 CPLD邏輯控制的具體分析及其程序設(shè)計

應(yīng)用復(fù)雜可編程邏輯器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)型的標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件，可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)不同的邏輯功能。如果應(yīng)用這種CPLD芯片，那么，這種芯片的內(nèi)部就集成了許多基本邏輯門，共有2 500個，其中，有84個引腳，64個引腳是可編程的，其他20個引腳可以是編程引腳也可以是電源。在增加新邏輯功能的情況下，可以免去對硬件電路的改動，即可實現(xiàn)CPLD內(nèi)程序。

在設(shè)計該程序時，主要是在編寫復(fù)雜可編程邏輯器件程序之前，根據(jù)數(shù)字信號處理地址中的分配原則分配，合理分配控制系統(tǒng)，避免CPLD程序在編寫的過程出現(xiàn)地址混亂和重疊的情況。在設(shè)計要求方面，要確定其邏輯功能和A/D轉(zhuǎn)換等工作，科學(xué)設(shè)置輸入和輸出的關(guān)系、器件邏輯和引腳等功能，利用超高速集成電路硬件描述語言來編譯，從而形成對應(yīng)的目標(biāo)文件，最后再將其下載到芯片上，設(shè)計出符合規(guī)定的采用控制和邏輯功能。

4 結(jié)束語

在煤礦連采機保護系統(tǒng)中，運用CPLD能夠代替一些標(biāo)準(zhǔn)的邏輯器件，減少DSP的工作量，簡化PCB的布線。同時，還能增強系統(tǒng)輸入和輸出設(shè)備的利用率，使其設(shè)計更加靈活，進而有效地縮短開發(fā)周期，使外圍設(shè)備有更好的擴展性。采用CPLD，能夠有效地增強煤礦連采機保護系統(tǒng)的功能，使連采機不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，還能提高其實時性和可靠性。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕