矿用防爆蓄电池铲车电控系统的设计＊

2020-05-08高鹏

科技与创新 2020年8期

高鹏

矿用防爆蓄电池铲车电控系统的设计＊

高鹏

（中煤科工集团太原研究院有限公司，山西太原 030006）

随着人们对煤矿井下工人身心健康以及环境保护的要求提高，矿用防爆柴油车已不能满足实际的要求，而矿用铅酸蓄电池车变得越来越重要。介绍了基于PLC为主控制器、单片机为辅的数据采集器以及采用牵引变频器的矿用电铲车的电控系统的工作原理以及软件设计，并将其应用到蓄电池铲车中。实际使用效果表明，基于数据采集器、PLC、变频器三级结构的控制单元，通过CAN总线连接具有接线少、可靠性高、维护方便等特点，从而可以提高矿井辅助运输的能力。

矿用电铲车；PLC；数据采集器；变频器

矿用车辆作为煤矿井下巷道辅助运输的交通工具，起着举足轻重的作用。随着高效高产能的矿井建设，矿用防爆电动车凸显出噪声低、零排放等优点，相比防爆柴油机在环保和节能方面有着明显的优势。而煤矿井下对电动车辆的要求较高，要求车辆牵引系统具有大扭矩，且能适应煤矿地面的使用环境，特别是对整个电控系统的设计。本文针对此问题设计了一套矿用铲车电控系统，采用了PLC、数据采集器以及变频器三级结构控制单元，减少彼此之间的线连接，从而通过CAN总线将其各个子系统连接，并将其应用于矿用电铲车的电控系统。

1 电铲车电控系统结构

在电铲车电控系统中，铅酸蓄电池作为整车能量的来源，主要给整车提供动力电源，即当合上隔离开关、断路器后，整个系统通电。通过控制手柄按钮的操作将信号发给数据采集器，数据采集器通过CAN总线发给PLC主控器。

PLC通过采集不同的信号从而控制油泵电机以及牵引电机的行走。其中，图中的24 V隔离电源主要起隔离电压的作用，防止高压电源串接入，损坏整车的PLC以及数据采集器，确保整个系统能够更加可靠地运行，其电控系统结构如图1所示。

2 软件结构

本电铲车软件结构主要分为两部分：一部分为数据采集器采集手柄等开关量信号以及外围传感器等模拟量信号，将采集到的数据通过CAN总线发给主控制器PLC处理，从而作出相应的动作；另一部分为PLC主控制器，其通过采集到的信号来启动控制油泵、牵引变频器的输出，从而控制油泵电机以及牵引电机。油泵电机转速采用某一固定的频率，而牵引电机采用转矩闭环控制算法实现车辆可靠的行走。其中，PLC在整个CAN网络中作为CAN总线的主站，数据采集器、牵引变频器、油泵变频器作为CAN网络的从站。

图1 电铲车电控系统结构

3 系统网络控制框图

整个电控系统控制单元间的所有信息都通过CAN的两根数据线进行交换，其整车CAN网络控制如图2所示。

在整个系统上电后，系统进行CAN网络、模拟量/数字量输入、输出口的初始化，并对变频器进行初始化操作，包括通过SDO写变频器初始化配置数据（包括转速限制数值、电机参数数值等）。当整个系统CAN网络初始化后，通信正常与否，会通过彼此间定时的一问一答即“心跳”进行联系，当心跳正常后，方可进行整车的控制，否则将通信故障信息显示在显示屏上。

图2 整车CAN网络控制图

当数据采集器通过采集外围操作箱信号给定以及外围传感器数据正确后，系统开始进行相应的一系列动作，如果出现故障，故障代码及故障信息将会实时显示在显示屏上。

PLC在系统中作为整车的中央处理单元，通过CAN总线判断数据采集器以及变频器的数据实时地将数据更新到人机交互显示界面，同时其处理各个数据的逻辑关系，通过外围的数据以及一定的算法实现整车可靠的运行。

4 系统显示界面

系统显示界面作为人机交换的窗口，在车辆可靠运行中扮演着重要的角色。车载显示屏显示界面如图3所示，其主要显示牵引转速表、电机温度、变频器主板温度、电池电量SOC、电池电压、电池电流、里程表以及车辆外围的各开关量信号等信息。当出现故障时，显示屏滚动显示故障信息以及解决办法，并发出报警声，为司机提供一定的解决办法。这样能够提高整车的可靠性，缩短故障消除的时间，从而提高整车的运行效率。

5 结语

该种设计方法已经应用于矿用7 t、10 t防爆铅酸蓄电池铲车的电控系统，且系统能够稳定、可靠运行。并且该种方法可进一步移植应用于其他新型矿用防爆电铲车的电控系统。通过CAN总线的连接减少了电控箱体之间多线的连接，从而确保整个系统能够可靠地运行，并且系统在出现故障后能够尽快排除故障，提高产品的可靠性和竞争力。