CN107390654A - 一种矿井用泵站的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种矿井用泵站的控制系统，包括：总线通讯子系统、永磁电机驱动子系统和用户界面子系统；所述永磁电机驱动子系统和所述用户界面子系统通过所述总线通讯子系统传输信号，所述永磁电机驱动子系统用于控制泵站的控制器，所述用户界面子系统用于接收外部输入的指令及显示数据。本发明中通过使控制系统中包括总线通讯子系统、永磁电机驱动子系统和用户界面子系统实现对泵站的自动化控制和集中控制，使泵站之间相互独立又能够通过总线进行通讯。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种矿井用泵站的控制系统。
背景技术
乳化液泵站是煤矿井下作业的关键设备，现有技术中，对乳化液泵站的控制多采用单泵或双泵定量供液系统，工人只能根据液压支架的跟进速度确定启动泵的数量，由于泵站是连续工作的，在人工的控制下，工作效率低下且会浪费大量电能，从而增加采煤成本。
发明内容
基于以上问题，本发明提出一种矿井用泵站的控制系统，解决了现有技术中采用人工控制矿井用泵站导致的效率低和浪费电能的问题，使对矿井用泵站如乳化液泵站的控制更加自动化和智能化。
本发明提出一种矿井用泵站的控制系统，包括：
总线通讯子系统、永磁电机驱动子系统和用户界面子系统；
所述永磁电机驱动子系统和所述用户界面子系统通过所述总线通讯子系统传输信号，所述永磁电机驱动子系统用于控制泵站的控制器，所述用户界面子系统用于接收外部输入的指令及显示数据。
此外，所述总线通讯子系统至少包括DDS链路层和内核协议驱动；
所述内核协议驱动负责接收数据包，所述DDS链路层用于解析所述数据包，经由所述内核协议驱动向外发送解析后的数据包。
此外，所述总线通讯子系统还包括伺服程序接口和/或通讯应用层接口；
所述永磁电机驱动子系统通过所述伺服程序接口访问所述总线通讯子系统，所述用户界面子系统通过所述通讯应用层接口访问所述总线通讯子系统。
此外，所述DDS链路层和所述内核协议驱动还用于：当预设的通讯周期到来时，所述内核协议驱动接收所述永磁电机驱动子系统反馈的数据，经所述DDS链路层解析后，由所述内核协议驱动上发至所述总线通讯子系统的总线上。
此外，所述总线通讯子系统对传输的信号进行优先级排序并优先传输优先级高的信号。
此外，所述永磁电机驱动子系统至少包括：三闭环控制模块，所述三闭环控制模块用于控制泵站的控制器，所述控制器包括电流控制器、速度控制器和/或位置控制器。
此外，所述永磁电机驱动子系统还包括：矢量控制模块、参量检测模块和系统保护模块。
此外，所述用户界面子系统至少包括：人机接口、用户界面、显示模块和/或数据存储模块。
此外，所述用户界面包括：控制指令操作项、参数配置操作项和状态监控界面。
通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：
本发明中通过使控制系统中包括总线通讯子系统、永磁电机驱动子系统和用户界面子系统实现对泵站的自动化控制和集中控制，使泵站之间相互独立又能够通过总线进行通讯。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的矿井用泵站的控制系统示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。
参照图1，本发明提出一种矿井用泵站的控制系统，包括：
总线通讯子系统10、永磁电机驱动子系统20和用户界面子系统30；
永磁电机驱动子系统20和用户界面子系统30通过总线通讯子系统10传输信号，永磁电机驱动子系统20用于控制泵站的控制器，用户界面子系统30用于接收外部输入的指令及显示数据。
总线通讯子系统10通过总线传输信号，为了保证控制系统的开放性和通用性，所使用的实时以太网串行总线需要在控制器端不使用专有硬件和专用实时操作系统的情况下,实现各节点实时通讯和精确同步。
工作时，永磁电机驱动子系统20中的DSP控制器与CPLD(Complex ProgrammableLogic Device)复杂可编程逻辑器件之间通过总线通讯子系统10进行周期性地数据通信，并且以并行总线的通讯方式进行通信。
由于永磁电机驱动子系统20中有大量的逻辑译码程序，采用DSP控制器内部小规模的逻辑器件译码的方式已不能满足DSP控制器对速度的要求，所以需要借助CPLD进行译码工作，采用CPLD进行译码能够提高运算速度，以满足DSP控制器对速度的要求。
总线通讯子系统10接收到永磁电机驱动子系统20和用户界面子系统30上发的数据包后，首先进行解析，然后将解析后的数据包存入到CPLD中，供给DSP控制器使用。总线通讯子系统10对除了对数据包进行存储后，还会通过数据包中的指令对数据包向外发送。
本实施例中通过使控制系统中包括总线通讯子系统10、永磁电机驱动子系统20和用户界面子系统30实现对泵站的自动化控制和集中控制，使泵站之间相互独立又能够通过总线进行通讯。
在其中的一个实施例中，总线通讯子系统10至少包括DDS链路层和内核协议驱动；
内核协议驱动负责接收数据包，DDS链路层用于解析数据包，经由内核协议驱动向外发送解析后的数据包。
DDS链路层用于解析数据包，并将解析后的数据包存储到CPLD中对应的内存区域，CPLD中的数据供DSP控制器调用，具体地，DSP控制器中的电机控制程序调用CPLD中的数据。内核协议驱动负责接收数据包和将DDS链路层解析后的数据包向外发送，向外发送时依据数据包中的指令进行发送。
内核协议驱动根据数据包中的指令向外发送数据包，在内核协议驱动中设置有缓冲区，通过缓冲区实现非实时组件和实时组件间的数据交换。用户界面子系统30可以通过程序轮询的方式与内核协议驱动进行数据交换，也可以是当用户界面子系统30接收到内核协议驱动发送的驱动程序事件通知后与内核协议驱动进行数据交换。
本实施例通过DDS链路层和内核协议驱动进行数据包的传输，使矿井上下之间能够进行通信，使工作人员能够在调度室中完整的获取矿井下的数据，还能够在调度室中对矿井下进行控制。
在其中的一个实施例中，总线通讯子系统10还包括伺服程序接口和/或通讯应用层接口；
永磁电机驱动子系统20通过伺服程序接口访问总线通讯子系统10，用户界面子系统30通过通讯应用层接口访问总线通讯子系统10。
通过伺服程序接口和/或通讯应用层接口对程序进行封装，使永磁电机驱动子系统20更加方便的访问总线通讯子系统10，也使用户界面子系统30更加方便的访问总线通讯子系统10。通讯应用层接口使代码与总线拓扑结构具有对应关系。
在其中的一个实施例中，DDS链路层和内核协议驱动还用于：当预设的通讯周期到来时，内核协议驱动接收永磁电机驱动子系统20反馈的数据，经DDS链路层解析后，由内核协议驱动上发至总线通讯子系统10的总线上。
通过预设的通讯周期的设置，使内核协议驱动不需要为了防止漏掉接收数据而一直等待或者监测永磁电机驱动子系统20反馈的数据，只需要在预设的通讯周期到来时，接收永磁电机驱动子系统20反馈的数据即可。
在其中的一个实施例中，总线通讯子系统10对传输的信号进行优先级排序并优先传输优先级高的信号。
在总线通讯子系统10中对传输的数据包进行优先级的排序，如电流过流的数据包优先级最高，那么当电流过流的数据包流过时，在总线上传输的其它数据包都暂时停止传输，而是优先传输电流过流的数据包。等待电流过流的数据包传输完毕后，再恢复其它数据包的传输。通过对数据包进行优先级的排序，使紧急的事件被及时通知和处理。
在其中的一个实施例中，永磁电机驱动子系统20至少包括：三闭环控制模块，三闭环控制模块用于控制泵站的控制器，控制器包括电流控制器、速度控制器和/或位置控制器。
电流控制器实时比较电流给定与电机绕组电流测量值,输出SVPWM逆变器的控制信号,通过电流反馈方式实现电磁转矩的低脉动、高频响控制。速度控制器通过比较速度给定与电机转速反馈值,输出电流控制器的参考给定。在保证系统稳定的条件下,展速度环带宽,扩展调速范围,加快动态响应,消除稳态误差,保证速度控制的快速准确,同时能够抑制参数变化和负载变化的扰动。位置控制器通过比较位置给定与转子实际位置,输出速度给定值。保证迅速响应位置指令,且无超调和振荡。
在其中的一个实施例中，永磁电机驱动子系统20还包括：矢量控制模块、参量检测模块和系统保护模块。
矢量控制模块通过坐标变换将交流永磁同步电机内部复杂耦合的非线性变量进行解耦,电流控制器输出的电压给定值经空间矢量脉宽调制驱动的逆变模块实现对定子电压相位和幅值的同时控制,进而实现定子电流矢量的幅值和位的独立控制。参量检测模块利用霍尔电流传感器测量电机绕组电流并通过电压调制电路和模数转换器转换成数字电流值送入电流控制器进行电流反馈控制。此外,利用光电编码器检测转子位置,估算电机转速,分别用于矢量变换,位置反馈和速度反馈。系统保护模块实时检测系统运行状态,在出现功率模块报警、直流母线超压、欠压等故障时做出实时响应,及时通知控制器执行关断PWM输出等保护措施,并向用户反馈错误信息。
基于永磁的变频调速控制技术的优点为：恒压供液、节能降耗、速度响应频率在500Hz以上，使系统具有良好的动态跟随特性和良好的稳定性,在电压波动、负载波动、电机参数变化以及电磁干扰等特殊的运行条件下，电机可以维持稳定运行并保证一定的性能指标。
在其中的一个实施例中，用户界面子系统30至少包括：人机接口、用户界面、显示模块和/或数据存储模块。
用户可以通过人机接口获取永磁电机驱动子系统20中的各个模块的状态和信息。用户可以通过用户界面输入各种控制指令或配置运行参数。用户可以通过显示模块查看当前的运行状态和运行参数，显示模块也可以将数据以图形的方式显示给用户看。数据存储模块用于存储用户输入的数据及显示模块输出的数据。通过使用户界面子系统30包括人机接口、用户界面、显示模块和/或数据存储模块，使用户更加方便的输入和监测。
在其中的一个实施例中，用户界面包括：控制指令操作项、参数配置操作项和状态监控界面。通过控制指令操作项、参数配置操作项和状态监控界面使用户能够进行控制指令的输入和修改，通过参数配置操作项使用户能够配置和更改运行参数，通过状态监控界面使用户能够查看运行状态。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种矿井用泵站的控制系统，其特征在于，包括：
总线通讯子系统、永磁电机驱动子系统和用户界面子系统；
所述永磁电机驱动子系统和所述用户界面子系统通过所述总线通讯子系统传输信号，所述永磁电机驱动子系统用于控制泵站的控制器，所述用户界面子系统用于接收外部输入的指令及显示数据。
2.根据权利要求1所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述总线通讯子系统至少包括DDS链路层和内核协议驱动；
所述内核协议驱动负责接收数据包，所述DDS链路层用于解析所述数据包，经由所述内核协议驱动向外发送解析后的数据包。
3.根据权利要求2所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述总线通讯子系统还包括伺服程序接口和/或通讯应用层接口；
所述永磁电机驱动子系统通过所述伺服程序接口访问所述总线通讯子系统，所述用户界面子系统通过所述通讯应用层接口访问所述总线通讯子系统。
4.根据权利要求2所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述DDS链路层和所述内核协议驱动还用于：当预设的通讯周期到来时，所述内核协议驱动接收所述永磁电机驱动子系统反馈的数据，经所述DDS链路层解析后，由所述内核协议驱动上发至所述总线通讯子系统的总线上。
5.根据权利要求1所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述总线通讯子系统对传输的信号进行优先级排序并优先传输优先级高的信号。
6.根据权利要求1所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述永磁电机驱动子系统至少包括：三闭环控制模块，所述三闭环控制模块用于控制泵站的控制器，所述控制器包括电流控制器、速度控制器和/或位置控制器。
7.根据权利要求1所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述永磁电机驱动子系统还包括：矢量控制模块、参量检测模块和系统保护模块。
8.根据权利要求1至7任一项所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述用户界面子系统至少包括：人机接口、用户界面、显示模块和/或数据存储模块。
9.根据权利要求8所述的矿井用泵站的控制系统，其特征在于，
所述用户界面包括：控制指令操作项、参数配置操作项和状态监控界面。
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