矿井远程控制钻机电液控制系统研究

论文摘要

本论文依托于中煤科工集团西安研究院技术创新基金项目“煤矿井下远控钻机关键技术开发及样机研制”(项目编号：2010XAYCX017)。在总结现有煤矿用坑道钻机控制方式技术特点的基础上,针对当前坑道钻机控制系统集成度不高、自动化水平较低的不足,设计研发了基于控制器和CAN总线的矿井远程控制钻机电液控制系统。该系统采用传感和数据采集技术,可实时监测钻机钻进过程的状态；采用CAN总线进行数据传输与处理,实现了钻杆装卸过程的自动化。主要研究内容及结论如下：1.根据远控钻机控制要求,本论文分别对远控钻机电液控制系统中的液压控制系统和电气控制系统进行了详细设计。电液控制系统由远程控制台、显示器、主控台组成,三者之间采用CAN总线进行通信。2.从坑道钻探施工的技术要求出发,对远程控制钻机电液控制系统的主体硬件和软件进行了设计分析。控制系统硬件以STM32F103为核心,通过控制系统的硬件电路调试分析实现。硬件部分由STM32控制器、输入输出模块、CAN通信电路、电源、传感器组成。根据矿井煤安要求,对电源和电路进行了防爆设计研究。控制系统的软件由上位机软件和底层软件两部分组成,上位机软件在LabView2012开发环境中采用G语言编写,底层软件在MDK4.12开发环境中编写,实现了自顶向下的模块化编程,有利于程序的移植和维护。3.通过实验室的现场钻进工况模拟试验,分析了电液控制系统工作时各参数的变化情况。试验结果表明：该控制系统各项监测参数和控制功能正常,控制系统达到了设计要求,可实现远程控制与监测,且可靠性高、抗干扰能力强。矿用远程控制钻机电液控制系统不仅便于作业人员及时准确判断钻进工况并采取相应措施,而且有助于减轻操作人员的劳动强度,减少作业辅助时间,提高钻进效率。该控制系统的研究对于煤矿坑道钻机装备的自动化与智能化实现具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 本课题研究领域国内外动态
• 1.2.1 国外煤矿坑道钻机技术现状
• 1.2.2 国内煤矿坑道钻机技术现状
• 1.2.3 远程控制技术在非煤工程机械中的应用
• 1.2.4 远程控制技术在煤矿机械中的应用
• 1.2.5 煤矿坑道钻机发展趋势
• 1.3 课题的提出
• 1.4 本论文主要研究的内容
• 1.5 小结
• 2. 远程控制钻机
• 2.1 钻机功能简介
• 2.2 钻机主要技术参数
• 2.3 钻机结构
• 2.3.1 钻机主机
• 2.3.2 装卸钻杆结构
• 2.4 控制方式
• 2.5 小结
• 3. 控制系统总体设计
• 3.1 系统功能分析与控制要求
• 3.2 钻机电液控制系统
• 3.2.1 液压控制系统
• 3.2.2 电气控制系统
• 3.3 控制系统基本组成
• 3.3.1 控制器
• 3.3.2 人机交互界面
• 3.3.3 输入模块
• 3.3.4 输出模块
• 3.3.5 CAN网络
• 3.4 小结
• 4. 控制系统硬件设计
• 4.1 控制器选型
• 4.2 防爆计算机
• 4.3 传感器选型
• 4.3.1 压力变送器
• 4.3.2 转速传感器
• 4.3.3 温度变送器
• 4.3.4 液位计
• 4.3.5 旋转编码器
• 4.4 输入模块设计
• 4.4.1 模拟量信号输入模块
• 4.4.2 数字量信号输入模块
• 4.5 输出模块设计
• 4.5.1 开关量输出模块
• 4.5.2 PWM（比例阀控制）输出模块
• 4.6 CAN通信电路设计
• 4.6.1 CAN协议简介
• 4.6.2 CAN通信接口
• 4.7 掉电保存电路设计
• 4.8 电源设计
• 4.9 小结
• 5. 控制系统软件设计
• 5.1 主控台底层软件设计
• 5.1.1 主程序模块设计
• 5.1.2 传感器采集模块程序设计
• 5.1.3 开关阀及比例阀控制模块程序设计
• 5.1.4 CAN通信模块程序设计
• 5.2 远程控制台底层软件设计
• 5.2.1 主程序模块
• 5.2.2 手柄控制模块程序设计
• 5.2.3 数字量输出扩展模块
• 5.2.4 CAN通信模块程序设计
• 5.3 上位机软件设计
• 5.3.1 LabView简介
• 5.3.2 上位机软件设计
• 6. 控制系统调试与试验
• 6.1 控制器硬件调试
• 6.1.1 硬件调试工具
• 6.1.2 硬件调试步骤
• 6.1.3 硬件调试问题及注意事项
• 6.2 控制器软件调试
• 6.2.1 调试软件介绍
• 6.2.2 调试方法
• 6.2.3 软件调试出现问题
• 6.3 CAN通信电路调试
• 6.4 参数监测调试
• 6.5 调试与试验结论
• 7. 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介