武 勃

（西山煤电（集团）有限责任公司发电分公司， 山西 太原 030024）

引言

矿山机电电车主要由机械传动系统以及电气控制系统组成，其电气控制系统是保证电机车能够安全高效运行的关键，而其所处的环境比较恶劣[1]，但又是必不可少的运输工具，因此必须设计一个稳定高效的控制系统，用来确保矿山机车能够长时间平稳运行且维修方便[2-3]。

1 矿山机电电车电气系统的总体设计

如图1所示，通过以dsPIC35F6110A单片机为基础设计其动力传输系统，可以实现与矿山机电电车的实际系统相匹配，同时对机车的软硬件系统分别进行设计。矿山机电电气系统硬件由异步电机、主回路、下位机以及驱动部分构成；系统软件则主要是监测系统以及控制系统。考虑到矿山机电所在地区的硬件条件限制，矿山机电电气系统采用蓄电池或者电线为其供电。以dsPIC35F6110A单片机作为下位机的控制核心组件。控制组件由放大电路、PWM电路、电压及电流检测、过流及过载保护装置等组成[4-5]。

矿山机电电气系统的软件，由位于上位机的监控软件以及位于下位机处的机车控制软件构成。监控软件使用CAN交换协议与下位机车控制软件进行及时通讯，与此同时也可在下位机上设置电机的运行参数以及状态显示，通过实时的后台监控，用来掌握电气系统的具体运行参数并对可能产生的故障进行分析。

下位机机车控制软件通过采用矢量控制方式，用来改变速度和力矩。上位机和下位机两个部分组成的系统可以实现对矿山机电电车的实际控制，矿山机电电气系统的软件结构图如图2所示。

图1 矿山机电电气系统硬件结构布置示意图

图2 系统软件结构组成示意图

1.1 主电路系统设计

图3 为电气系统主回路设计图，该系统设计采用的是直流供电模式。该主电路可细分为预充电电路、放电电路以及由多个NPN型三极管所组成的逆变电路。其中预充电电路中的电容C1和C2是高频电容，用以滤除电源中的高频干扰信号，C3是极性母线电容，直流电源DC对C3进行充电。放电电路中，单片机通过对三极管T7基极施加高电平使之导通并通过电阻R2进行放电。逆变电路共包含六个NPN型三极管，每个三极管的集电极与发射极通过反向并联二极管实现击穿保护。单片机通过六个引脚输出PWM信号控制每个三极管基极电流，进而实现直流电源到三相交流电的逆变转换。系统回路采用的则是拓扑结构形式的主回路，用以保证三相异步电机可以与供电系统相匹配。

图3 电气系统的主回路设计示意图

1.2 下位机电路硬件设计

如图4所示，硬件部分以dsPIC35F6110A单片机为核心基础，电压和电流检测则是运用AD转换装置作为输入信号，司机通过IO口进行操作，通讯及放电电路与dsPIC35F6110A单片机进行链接通讯，通讯协议通过dsPIC35F6110A单片机转成测速电信息、PWM信号、故障和保护电路信号，再经由反馈电路对信息进行二次调节。

图4 系统下位机电路设计布置示意图

1.3 下位机软件设计

下位机接收来自于上位机的反馈信息，下位机的硬件设计主要解决通信接口，控制电路的设计以及模拟信号采样电路设计，设计时需考量被检测信号的通道数、变化速度、分辨率、测量精度、速度，所以下位机必须通过矢量算法进行控制。

1.4 上位机软件设计

上位机采用的是Microsoft Visual C++Vision 6作为系统开发平台，通过上位机来实现的主要功能是基于操作平台的人机信息传递，以达到对矿用机电电车快速、精确控制的目的。矿山电车中电流、电压、转速等显示、保存及其他功能是通过上位机软件直接读取显示。

上位机软件设计包括了软件开始控制界面及相关参数控制修改界面，如图5所示。

图5 上位机软件数据修改界面

从图5可以明显看出上位机系统不仅可以检测出通讯状态、查询系统可能存在的故障，还可以对通讯状态进行修改，采用RAM和EEPROM功能可以实现对数据直观显示的功能，对于操作者来说，可以对其调试、修改。

2 结语

本文矿山机械电气系统的设计包括基于单片机进行总体的电路设计以及数据处理。该系统实现了对矿山机电电车的矢量控制和力矩控制，经实验测试和分析验证这套系统不仅符合矿山机械的使用要求，而且始终处于一种良好的状态。

[1]张迪.矿山采掘机械设备的维修与管理[J].内蒙古煤炭经济，2018（3）：74-75.

[2]刘和平，郑群英，江渝，等.dsPIC通用数字信号控制器原理及应用—基于dsPIC30F系列[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[3]杨居义.单片机课程设计指导[M].北京：清华大学出版社，2009.

[4]铃木雅臣.晶体管电路设计[M].北京：科学出版社，2004.

[5]胡邓华，冯刚，孙际哲.基于STC单片机的数字采控电路设计

[J].现代电子技术，2018（8）：53-56.