基于Modbus协议的采掘设备操作箱设计.pdf

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1、2013年第3期煤矿机电·19·基于Modbus协议的采掘设备操作箱设计高旭彬(中国煤炭科工集团太原研究院，山西太原030006)摘要：为克服现有采掘设备操作箱通用性不强、接线复杂、硬件购置费用大的缺点，设计了一种基于Modbus通信协议的操作箱。详细介绍了软、硬件设计过程。实际应用表明，该操作箱使用方便、通用性强、工作可靠。关键词：采掘设备；操作箱；通信；Modbus协议中图分类号：TN915．04文献标识码：B文章编号：1001—0874(2013)03—0019—04DesignOfMiningEquipmentOperatiOn

2、DeViCeBaSedOnMOdbuSPrOtOcOI(】：no爿u6打z(’raiyuanResearchInstituteofCCTEG，Taiyuan030006，China)Abstract：InordertooVercomethedisadvantagesoftheconventionalminingequipmentoperationdevices，suchastheproblemofversatility，complicatedwidng，thelargehardwareconsumption，oneoperationde

3、vicebasedonModbusprotoc01isdesigned．Thedesignprocessofhardwareandsoftwarearedesc打bedexactly．Thepracticalapplicationshowsthattheoperanondevieeiseasyandversatiletouse，andworksreliable．KeywOrdS：miningequipment；operationdevice；communica￡ion；Modbusprotocol0引言采掘设备电控系统的操作箱主要承担着

4、电动机启停控制指令的输入任务，通常按隔爆型设计。为了保证工作可靠，应遵循2条原则：一是操作箱内部只设置控制开关，所有开关接点由多芯电缆直接引入电控设备；二是电动机的启停控制由2个接点实现，启动采用常开接点控制，停止采用常闭接点(负逻辑)控制，避免因电缆砸断等故障引起误动作。基于这种理念设计的操作箱，对于电动机回路较少的采掘设备，如EBZ50、EBzl20掘进机等，能够经济、可靠地实现控制任务，但对于控制任务量大的设备来说，这种方式反而会带来一些问题。以掘进机为例，截割功率已从50kw提升到300kw，掘进机具有多功能一体化的发展趋势，即

5、掘进机主机集成机载锚钻系统、机载临时支护系统、机载除尘系统等，以提高单机成巷速度和安全生产能力。1o。其存在的主要问题有：1)操作箱集成了许多油缸的动作控制，导致各个型号掘进机控制回路数量均不相同。由于操作箱控制数量或体积限制无法实现通用，几乎每种型号掘进机都由专属型号的操作箱配套。2)操作箱控制数量越多，导致电控设备接线腔和主腔接线量大，检修、维护强度大，同时还也占用了控制器(PLC)大量的输入点，增加了硬件购置费用，经济性降低。针对这些问题，设计了一种基于标准通信协议——Modbus协议的采掘设备用操作箱，既能够广泛适用于各机型，又

6、便于电控系统软硬件集成，经实际应用，取得了良好的效果。1硬件设计1．1硬件构成操作箱设计为本质安全型设备，有效减小体积，便于在空间狭小的轻型掘进机上安装使用。电路以低功耗微处理器MsP430F149为控制核心，主要包括电源、键盘、通信接口、看门狗电路等部分，以及一块小尺寸液晶显示屏。硬件结构如图1所示。·20·煤矿机电2013年第3期图1操作箱硬件结构框图操作箱工作原理如图2所示，它实时采集各操作键的状态，存人对应的控制寄存器，供PLc读取；PLc将整机状态信息写入显示数据寄存器，操作箱定时刷新显示屏内容。显示屏控制寄存器一显示数据‘—

7、一一‘—一，寄存器图2操作箱工作原理示意图1．2操作键设置现有掘进机系列中，以EBz315型掘进机控制任务最多，包括油泵电动机、双绕组截割电动机、两台除尘电动机以及转载等10个电动机回路，还包括警铃、辅助启动两个控制开关。短壁开采设备中，以连续采煤机控制任务量最大，包括油泵、截割、装运等6个电动机回路，及铲板升降等11个油缸。为满足所有机型控制量的需求，键盘电路采用8×4行列式设计，如图3所示。实际使用中可根据不同机型，合理设置面板上操作键的数量。图3键盘电路示意图单片机定时逐列扫描各操作键状态，扫描周期为20ms。若前后两次扫描值一致

8、，则认为有效开关动作；若出现不一致，则作为抖动信号丢弃。操作箱在使用中还存在多个操作键同时按下的可能，为防止窜键而引发误动作，不同列的开关信号由缓冲器进行隔离。为防止干扰或故障状态下电机频繁启动，电动机的启