基于DSP及现场总线的KJZ系列组合开关
时间：2020-12-13 08:08:19 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(神华集团神东煤炭分公司物资供应中心，陕西 神木 719315)
摘 要：介绍了一种新型的基于DSP及现场总线的大功率组合开关所具有的比常规微机控制系统更加优越的特性。
关键词：煤矿；
数字信号；
现场总线；
智能化；
组合开关
中图分类号：TD67 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)08—0146—01
随着集成电路技术的发展，目前，煤矿井下使用的部分组合开关中，以8位或16位单片机外加PLC为核心的控制保护系统，取代了常规的以半导体分立元件的控制保护系统，提升了组合开关的技术性能，改善了组合开关的可靠性。但随着高效集约化矿井大量涌现，综采工作面的机械化程度越来越高；
设备的自动化程度也在不断提高。大量的数据、信息需要处理、传输、上传，用一般的通用微处理器来完成这些工作，很难保证实时运算能力和实时的仿真能力。与单片机相比，DSP是一种专门针对数字信号处理运算而设计的微处理器芯片，这种微处理器具有极高的处理速度和数据处理能力。由于DSP的强大实时处理能力和高度集成的片上硬件资源，将控制与保护一体化，简化了系统总体结构，增加了常规系统不具备的自检功能，保证了组合开关的可靠性、安全性。
1 KJZ系列组合开关简介
KJZ系列组合开关，为煤矿井下综采工作面和胶带机用大功率、多驱动、组合式起动控制设备，其控制保护，率先使用TI公司的数字信号处理芯片DSP及CAN现场总线、自适应检测、网络化接口等创新技术，实现全数字化处理、控制、保护、故障诊断、远程监控和液晶中文显示，可替代进口产品。项目由神华集团神东公司提出，常州联力自动化科技有限公司研制开发，具有自主知识产权，KJZ系列组合开于2006年6月通过由中国煤炭学会组织的科学技术成果鉴定。
组合开关工作电压1.14kV、3.3kV，总工作电流1 500A，回路数最多至14路。为目前国产矿用同类产品容量最大，智能化程度最高的多回路、新型组合式起动控制设备。
2 特点
2.1 DSP数字信号处理
KJZ系列组合开关的控制、保护采用多个16位、32MIPS的DSP数字信号处理，取代当前国内外常用的MCS51、MCS96单片机或单片机外加通用PLC的技术模式。多个DSP并行处理，以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理能力。同时DSP将程序和数据存储在不同的存储空间中，并设置了程序总线和数据总线，这种分离的程序总线和数据总线，可允许同时获取来自程序存储器的指令字和来自数据存储器的操作数，互不干扰，从而提高了数据吞吐率，为实时处理组合开关的大量信息奠定基础。
DSP将数字信号处理的运算能力与面向高性能控制的能力集于一体，可以实现用软件取代模拟器件，可方便地修改控制方案，修正控制参数，兼具故障监测、自诊断和通信等功能。DSP数字信号处理的强大实时处理能力，使组合开关实现全数字化控制、保护，系统总体结构得到进一步简化,组合开关动作的准确性、可靠性得到保证(见图1)。
2.2 采用CAN现场总线
多个DSP数字信号处理间采用CAN现场总线形成高速控制器局域网。信息的传输为多主工作方式，不分主从，网络上任何一个节点均可在任意时刻向网络上其他节点发送信息。在KJZ系列组合开关中，将开、停信号定为高优先级，可满足实时要求。由CAN 总线组成的网络集成式全分布控制系统，结构简单，设备的连线和信号的往返传输次数减少，提高了系统的工作可靠性，便于功能模块化，易于重构系统。用户只需要根据实际控制的回路数，选用不同数量的模块，便可以构成新的系统。
2.3 自适应检测和自诊断功能
DSP数字信号处理系统中的处理模块用同步采样技术，直接采集信号模块的交流信号，经过自适应滤波和量化处理，去掉干扰，并能自行纠正误差，所以保护系统具有相当的检误抗扰能力，而且不降低灵敏度系统采用集散型分布控制处理结构。每个模块均有自诊断功能和通过局域网CAN实现互诊断功能，具有捕捉断续性和瞬间性故障的功能，同时处理模块采用故障安全措施，以确保控制的安全性，并具有故障原因长期记忆查询功能，只须操作键盘，记录在案的资料将全部展现在显示屏上。
2.4 网络接口
组合开关通过RS485组成网络，可接入自动化监测控制系统，接收远方控制命令，或向外传送各控制设备的运行状态和工作参数等信息，并能实现设备的程序控制。这也是保证现代化矿井安全生产、提升设备自动化水平所必须的。
3 结语
随着工业控制性能要求的提高，控制方案的选择变得越来越关键，逐步形成了由数字控制代替模拟控制的局面。数字信号处理技术已成为人们日益关注并得到迅速发展的前沿技术。DSP为数字控制应用提供了理想的解决方案。
目前KJZ系列组合开关，已在各矿井中使用，实践证明技术是成熟的。具有自主知识产权的KJZ系列产品的开发成功，提高了采煤控制设备的安全性和可靠性，扭转了煤矿井下智能化大功率组合开关长期依赖进口的局面，为煤矿井下提供了理想的更新换代的电气控制产品。
