基于DSP的煤礦電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的探討

王愛軍

（山西西山晉興能源有限責(zé)任公司， 山西 太原 030000）

引言

煤礦電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的運(yùn)用顯現(xiàn)出良好的運(yùn)行趨勢，并且促進(jìn)了煤礦生產(chǎn)效率及質(zhì)量的提升。為了確保該系統(tǒng)能夠更好地控制電機(jī)運(yùn)行，增強(qiáng)其運(yùn)行的穩(wěn)定性，在EtherCAT網(wǎng)絡(luò)下，通過TMS320F28335-DSP芯片，借助其中的ePW模塊及eQEP模塊，同時(shí)借助編碼器，進(jìn)行有效的編碼，進(jìn)一步促進(jìn)對電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)快速轉(zhuǎn)速控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)位置控制，進(jìn)一步促進(jìn)電機(jī)遠(yuǎn)程控制的精度[1]。

1 控制系統(tǒng)構(gòu)造分析

針對煤礦電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來說，主要由兩部分構(gòu)成，分別是主站與從站，針對主站部分，主要是在地面的控制室，而對于從站部分，則是井下工作現(xiàn)場。主站構(gòu)成元素主要有：PC機(jī)、網(wǎng)卡；從站則包含TMS320F28335-DSP芯片控制器、煤礦電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器。連接主站及從站，主要是依靠ET1100芯片接口板，實(shí)現(xiàn)通訊聯(lián)系。PC機(jī)，利用EtherCAT網(wǎng)絡(luò)輸送控制數(shù)據(jù)，到達(dá)DSP控制器，這樣的做的目的是為了控制煤礦電機(jī)運(yùn)行[2]。

2 主站部分分析

主站是控制系統(tǒng)非常核心的部分，主要是依靠TwinCAT軟件，借以實(shí)現(xiàn)EtherCAT主站運(yùn)行功能。主站與從站之間具有密切的聯(lián)系，是借助通信實(shí)現(xiàn)聯(lián)系，在通信之前，必須對TwinCAT系統(tǒng)管理器系統(tǒng)部分，PLC及I/O接口定義，對上述三個(gè)部分予以配置。而配置文件格式也有著明確的要求，主要是以XML格式為主，管理器正式啟動(dòng)之前，必須將配置好XML文件復(fù)制，將其放置在適當(dāng)?shù)奈募A下。

3 從站部分分析

從站在系統(tǒng)中的作用是不容忽視的，主要實(shí)現(xiàn)DSP與ET1100之間的通信，更重要的任務(wù)是對煤礦予以位置控制。

3.1 硬件

從站硬件設(shè)備，主要是由兩個(gè)部分構(gòu)成的，其一，ET1100與DSP接口連接；其二，DSP與驅(qū)動(dòng)器予以接口連接。在DSP與驅(qū)動(dòng)器的接口連接中，是需要借助DSP的ePWM模塊，還有eQEP模塊完成的。

ePWM模塊是該系統(tǒng)中極為重要的控制模塊，其作用在于控制煤礦電機(jī)。而從屬性層面分析，其屬于脈寬調(diào)制解調(diào)器模塊，并且屬于強(qiáng)化型，它主要是由以下模塊組成的：時(shí)基模塊、事件評(píng)價(jià)模塊、計(jì)數(shù)比較模塊、死區(qū)模塊、觸發(fā)區(qū)模塊等等。TMS320F28335型號(hào)DSP中，總計(jì)包含6個(gè)獨(dú)立的ePWM模塊，而針對每個(gè)ePWM模塊，必須要有對應(yīng)的EPWMxA、EPWMxB輸出設(shè)備。

煤礦電機(jī)設(shè)備，對其進(jìn)行檢測主要是借助eQEP模塊，在檢測結(jié)果中主要包含實(shí)際位置、速度及方向。在TMS320F28335型號(hào)中，DSP的eQEP模塊主要是由以下兩部分構(gòu)成的：位置計(jì)數(shù)/控制單元、正交解碼單元，而針對前者來說，在解碼后的信號(hào)，必須進(jìn)行位置脈沖計(jì)數(shù)，正方向運(yùn)動(dòng)，必須進(jìn)行增計(jì)數(shù)，而反方向則予以減計(jì)數(shù)；而對于后者而言，重點(diǎn)針對的是編碼器中的脈沖，還有方向反饋信號(hào)，予以解碼。所以在模塊中計(jì)數(shù)器能夠較為準(zhǔn)確的判定，獲取煤礦電機(jī)位置[3]。

3.2 軟件

基于DSP的軟件程序，通常是運(yùn)用C語言進(jìn)行編寫，在CCS環(huán)境下，進(jìn)行調(diào)試，具體來說主要涵蓋兩個(gè)部分：網(wǎng)絡(luò)通信和位置控制。

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)通信就是對數(shù)據(jù)的讀寫，主要分為三個(gè)部分，分別是主函數(shù)程序、初始化程序、循環(huán)程序。針對網(wǎng)絡(luò)通信部分，初始化程序必須要完善硬件初始化，還有EtherCAT從站接口初始化，再到數(shù)據(jù)字典初始化，生成過程數(shù)據(jù)空間。所謂硬件程序的初始化程序具體是以下模塊的初始化，主要有：DSP端口寄存器、ePWM模塊、eQEP模塊、SPI串行通信模塊、從站控制器，這在某種程度上能夠?yàn)榭刂铺幚碜龊脺?zhǔn)備，前期處理工作也是非常重要的。EtherCAT從站接口，對其進(jìn)行初始化操作，具體針對的是CoE模式、電機(jī)狀態(tài)、緊急事件及時(shí)鐘寄存器，對其分布初始化處理。而針對數(shù)據(jù)字典初始化，相對來說只需完成輸入輸出通道的管理，主要是指同步管理功能，繼而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)通信功能得以實(shí)現(xiàn)，特別是針對備份項(xiàng)目加載。通信協(xié)議初始化，主站配置AL控制，這樣的寄存器設(shè)備能夠發(fā)揮自身的功能性，從站需要發(fā)出請求狀態(tài)信號(hào)，而從站在收到信號(hào)之后，進(jìn)入操作狀態(tài)[4]。

MainLoop模塊，主要是借助輸入輸出數(shù)據(jù)交換，還有EtherCAT狀態(tài)轉(zhuǎn)換，通過上述兩部分控制來完成，由此就實(shí)現(xiàn)了主站與從站之間的通信轉(zhuǎn)換，完成數(shù)據(jù)傳輸功能，并且實(shí)現(xiàn)控制功能。輸入輸出數(shù)據(jù)交換，從整體角度分析主要是有兩種交換形式：其一，主站輸入輸出，所對應(yīng)的接口控制器，從站輸入輸出，相對應(yīng)的接口控制器，兩者之間能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換；其二，從站應(yīng)用程序，相對應(yīng)的控制器，還有從站控制器，彼此之間的數(shù)據(jù)交換。EtherCAT狀態(tài)轉(zhuǎn)換，在某種程度上能夠達(dá)到電機(jī)以下狀態(tài)的自由切換：初始化狀態(tài)、預(yù)運(yùn)行狀態(tài)、安全運(yùn)行、運(yùn)行狀態(tài)等等。

3.2.2 位置控制

位置控制部分，其具體功能性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：分別是周期控制數(shù)據(jù)、反饋數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)初始化完成之后，DSP自此之后就會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)入周期性運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)ET1100接受數(shù)據(jù)幀以后，申請將直接被打斷，而直接會(huì)影響到DSP，導(dǎo)致其也會(huì)由此中斷，讀取指令數(shù)據(jù)，并且還需要將反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，從而使其到達(dá)從站控制器之中，然后借助上述指令來實(shí)現(xiàn)有效的管理，由此控制伺服驅(qū)動(dòng)器，這樣能夠達(dá)到伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。位置控制部分是系統(tǒng)軟件部分最為重要的組成部分，其自身的功能性促使在實(shí)際運(yùn)作過程中具有良好的價(jià)值性，特別是在DSP之后的ET1100系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠更為準(zhǔn)確，直觀反映所在位置，從而能夠達(dá)到良好的控制效果，以期為煤礦電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)注入自己的活力，并獲得良好的位置控制效果，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的智能化控制。

4 結(jié)語

基于DSP的煤礦電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)對其生產(chǎn)效率及質(zhì)量有著極大的促進(jìn)作用，并且優(yōu)化煤礦生產(chǎn)的總體效能。而煤礦電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具體來說，主要是由主站與從站兩部分構(gòu)成，而從站部分還包含硬件與軟件部分，再細(xì)分到位置控制與網(wǎng)絡(luò)通信。

[1] 王桐，范愛文.基于DSP的煤礦電機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].煤礦現(xiàn)代化，2014（4）：66-67.

[2] 涂志軍，李斌，楊若波.基于DSP的參數(shù)自適應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].江西科學(xué)，2010（1）：97-102.

[3] 秦顯遠(yuǎn)，鄭本海，王金鵬.基于DSP的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)在煤礦機(jī)車中的應(yīng)用[J].科技視界，2012（7）：129-130；174.

[4] 孟武勝，金博丕，盧鑫.基于GSM的遠(yuǎn)程步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電一體化，2011（7）：73-76.