摘要：以掘进机为研究对象，针对其控制系统的设计开展分析研究。在分析掘进机控制系统智能优化必要性的基础上，从总体设计、数据采集模块设计、逻辑控制模块设计三个角度分别对掘进机控制系统的构成进行全面分析，以期为掘进机操作更加高质、高效的开展提供一定理论支撑。
关键词：掘进机;控制系统;设计分析
引言
伴随现代科技的持续进步，煤矿井下生产掘进设备的控制手段逐渐完善，掘进机控制系统具备自我保护、控制等基础功能外，还兼具远程遥控、故障自我诊断等诸多功效，同时设备操作的可靠性与稳定性也大幅增加。现代化的掘进机控制系统可处理模拟量信号通常可分为周期交流信号和标准模拟信号两大类，但在模拟量信号处理前，系统DSP（数字信号处理装置）需要先对信号进行AD（模数）转换。常规转换方式存在周期长、效率低、速度慢等不足，对掘进设备的有效操作造成了一定影响。而CPLD（复杂可编程逻辑器）作为一种结构简单、灵活性高、运算速度快的新型信号处理器件，可以极大地增强DSP对外设的访问功效，从而增加系统对数据的搜集效率，同时CPLD系统对传统逻辑器件的取代可以实现逻辑功能的整合，使得系统电路组成进一步简化，这对于掘进机更加高效、高质的操作有着积极意义[1]。
1掘进机控制系统总体设计分析
图1所示即为掘进机控制系统的硬件构成框架图，各主要构成单元分析如下。
1.1微机控制单元
微机控制单元为整个掘进机控制系统的关键节点，担负着数据搜集、结算、分析和存储等诸多核心功能。此次所使用主控芯片信号为TMS320是一款具备高效数字处理功能和嵌入控制功能的芯片，同时其还配设有多款标准外设装置，能够为整个掘进机操控的达成提供良好的保障[2]。
1.2数据采集模块
系统中的CPLD数据采集模块主要用于对模拟量信号的搜集和相应的AD转换。此次设计中选取信号为MAXE1的处理芯片，该芯片具备高效的逻辑编程解决功能，对于系统的高速操作有着良好的适应性。整个芯片内部囊括信号输入与输出、逻辑列阵等多个模块。
1.3逻辑控制模块
逻辑控制模块功能在于确保掘进机控制系统的各项逻辑功能有效达成。此次设计中选用型号为EPMSLC的芯片，整个芯片具有2000多个逻辑门与80多个引脚。在使用中如果需要对控制系统增设全新的逻辑操作，只需对CPLD内部程序进行一定的修改即可，无需对硬件进行改动[3]。
1.4开关量输入输出模块
该模块用于对外接设备开关量信号的输入与输出，其选用继电器与光电隔离器对信号实施电平转换与隔离，从而确保通信具备良好的瞬间抗干扰性能，提升通讯的有效距离。
2CPLD数据采集模块设计分析
2.1硬件设计分析
借助CPLD数据采集模块能够同时将多个AD转换单元映射至DSP地址空间内，从而实现多通道AD转换作业的同步操作为整个掘进机控制系统的操作提供动态的采用通道选择。下页图2所示即为数据采集模块的硬件构成框架示意图。由下页图2的分析可知，所谓的信号变换概指借由精密度极高的互感装置与放大电路，实现电压、电流等电量信号转换为可控的电压信号。双四选一概指借由多个开关通道确保电压和电流两者的采样可以同步开展，从而有效规避电压与电流不同步情况时存在的角度差问题，实现各个系统功率因数精准度的增加。低通滤波装置功能在于对信号的输入频率进行调整，确保其频率最大值不高于采样频率的一半。采样保持概指通过设备调节使得模拟信号的输入值可以再AD转换作业过程中不会发生波动。多路转换装置的功能在于可以使多个模拟量信号同用同一个转换模块[4-5]。
2.2程序设计分析
DSP借由外部中断实现对CPLD的启动，进而再实现对掘进机控制系统的操作控制。当CPLD确定AD转换过程结束，便会将DSP外部中断连接至高电平，从而实现对AD转换结果的有效读取。其数据采样流程示意图如下图3所示。其中，通过CPLD实现对多路转换开关的选通操作。AD转换装置同采样保持装置将的转换顺序由多路转换开关操控完成。AD转换装置借由CPLD状态机实现有效操作。也就是说将AD转换作业换分为四个状态，其分别为ST0、ST1、ST2、ST3，相互间关系如图4所示。其中ST0代表AD转换处于初始状态；ST1代表AD转换处于选通状态；ST2代表AD转换作业完毕；ST3代表对转换数据进行读取[6]。
3逻辑控制模块设计分析
逻辑控制借由一个CPLD芯片替换传统的多个标准逻辑元器件，从而达成对多个逻辑功能的集成，实现控制系统电路简化的目标。图5为逻辑电路结构示意图。
4结语
掘进机作为煤矿生产作业连续、高效开展的关键设备，其运行质量对矿井生产的整体经济效益的提升有着积极作用。基于此，矿井管理者应将对掘进机的管理作为煤矿设备管理的核心之一，组织专业技术力量，结合矿井实际的情况研发具有针对性的智能化控制系统，从而为矿井生产效益的提升和矿井持续发展提供支撑。
参考文献
[1]高俊岭，欧阳名三，朱成杰.新型掘进机电气控制系统设计[J].煤炭科学技术，2011（10）：96-99.
[2]卢军，李振璧，曹明明，等.基于STM32的掘进机控制系统设计[J].煤矿机械，2013（1）：265-267.
[3]呼守信.基于DSP及CPLD的掘进机控制系统设计[J].工矿自动化，2012（3）：55-57.
[4]井乐.掘进机自动成型控制系统研究[D].西安：西安科技大学，2014.
[5]刘美俊，林明星，钮恒，等.掘进机PLC控制系统的设计与维护[J].煤炭工程，2016（11）：131-133.
[6]王红.悬臂式掘进机自动控制系统设计[J].工矿自动化，2016（9）：68-71.
[7]曹辉.新型掘进机电气控制系统设计探析[J].技术与市场，2014（6）：159-160.
作者:仇文阳 单位:山西省阳泉煤业(集团)有限责任公司选煤中心