探究CPLD在煤礦連采機保護系統中的應用

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摘 要：主要分析了CPLD在煤礦連采機保護系統中的應用，探究了CPLD實現模擬信號的采集和處理、完成復雜的邏輯關系的過程，從而提高了連采機控制系統的處理速度、集成度和可靠性，最終解決了數字處理信號控制器引發的程序不穩等問題。

關鍵詞：煤礦采掘；CPLD；連采機保護系統；數字處理信號控制器

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.147

連采機在煤礦采掘中應用比較廣泛，是必不可少的大型采掘工具之一。其中，連采機中最重要的系統就是電氣控制系統，電氣控制系統配合液壓系統，能夠讓連采機有效地完成工作和生產。對于控制系統，可采用一種高性能的CPLD液晶顯示驅動模塊，它主要用于數據采集以及對邏輯的控制和操作，以強化電氣控制系統中的數據采集效率，使控制系統獲得更多的控制功能，增強其實時控制性能。

1 保護系統的應用和設計

連采機帶有一定的生產工藝和較高的自動化控制標準，主要是利用32位的中央處理器對其實施控制和保護，進而不斷地提高連采機的生產和作業效率，有效地實現其網絡化要求和智能化發展。

連采機的控制系統主要包括CPLD，也就是復雜大規模的可編程邏輯器件。它采用了EDA中的功能和技術，將CPLD與DSP結合起來，使CPLD在控制系統中實現讀寫功能，并強化其邏輯性。

保護系統中的硬件包括計算機的控制單元，這是控制系統中最關鍵的組成部分，它主要承擔著數據采集和計算的工作，同時，還能實現對邏輯的判斷和存儲等。計算機控制單元主要有CPU，即中央處理器、復位電路和存儲器等。

保護系統中的穿行通信主要有2個口，即SCI和SPI。它們可以用專業生產公司的MAX485收發器實現接口的通信功能，使操作箱、網絡通訊協議和其他的一些設備實現數據間的通信。

開關量輸入和輸出的主要連接設備是控制系統和其他的設備。這時，外部的設備通過開關量的輸入向外傳遞信號，然后再用光電隔離，使繼電器與信號隔離，實現電平的轉換。在CAN總線系統中，數字訊號處理器主要針對的是數字控制設計DSP內部集成增強型局控制器域網模塊，并且它還拓展、兼容CAN2.0的CAN模塊。這樣，它就很方便地接入CAN總線中，并與顯示箱、電磁閥控制箱和遙控系統等共同組成CAN總線系統。

一般標準模擬信號為2～10 V，有的模擬量信號為4～20 V，主要是一些傳感器通過電氣控制箱后轉換信號，輸進一些多路轉換開關，同時進行A/D轉換。對于脈沖寬度信號輸入智能彈性架構540，有效地增大了脈沖寬度信號的驅動能力，從而為連采機的液壓系統內部提供充分的電流。對于周期性的交流電量，一般采用離散采樣的方法，經過對A/D的轉換后，形成計算機中可處理的數據，運用系統、快捷的算法計算功率的因數結果、電壓和電流等。

2 應用分析

連采機自動控制和保護系統的主要功能是利用周期性的交流電量和標準的直流模擬量信號轉換A/D。一般情況下，數字信號處理的控制能力很差，但是，在算法及其他的功能上就顯示出了較強的能力。如果數字信號的處理沿用A/D轉換，在其過程中就會顯示出編程的簡便，控制周期過長，速度較慢。采用這種復雜可編程的邏輯器件，運用大規模的集成電路系統，有非常好的靈活性和強大的功能性，并且數據的采樣接口也會更加方便、靈活。對于數字信號處理，就是將一些模擬信號映射在輸入和輸出設備中，然后再訪問。

對于復雜可編程邏輯器件主要是利用芯片實現系統中的一些邏輯功能，使傳統的標準邏輯器件被逐漸代替。這種復雜可編程邏輯器件在保護系統中的應用，大大增強了DSP的外設訪問能力，從整體上簡化了硬件電路，有效地提高了系統的數據采集速率，使外圍設備有了較大可擴展性。

在復雜可編程邏輯器件中，由于CPLD是一種新發展起來的可編程邏輯器件，所以，一般情況下，用戶可對其編程，完成所需的功能。這樣做，可以使編程的邏輯器件得到長足的發展，規模變得越來越大，不斷增強其功能，進而降低成本價，同時，也會使其配套設施的開發更加完善。由此可見，復雜可編程邏輯器具有編程方式簡單、先進，速度快和高可靠性等特點。

3 CPLD邏輯控制的具體分析及其程序設計

應用復雜可編程邏輯器件代替傳統型的標準邏輯器件，可以實現控制系統不同的邏輯功能。如果應用這種CPLD芯片，那么，這種芯片的內部就集成了許多基本邏輯門，共有2 500個，其中，有84個引腳，64個引腳是可編程的，其他20個引腳可以是編程引腳也可以是電源。在增加新邏輯功能的情況下，可以免去對硬件電路的改動，即可實現CPLD內程序。

在設計該程序時，主要是在編寫復雜可編程邏輯器件程序之前，根據數字信號處理地址中的分配原則分配，合理分配控制系統，避免CPLD程序在編寫的過程出現地址混亂和重疊的情況。在設計要求方面，要確定其邏輯功能和A/D轉換等工作，科學設置輸入和輸出的關系、器件邏輯和引腳等功能，利用超高速集成電路硬件描述語言來編譯，從而形成對應的目標文件，最后再將其下載到芯片上，設計出符合規定的采用控制和邏輯功能。

4 結束語

在煤礦連采機保護系統中，運用CPLD能夠代替一些標準的邏輯器件，減少DSP的工作量，簡化PCB的布線。同時，還能增強系統輸入和輸出設備的利用率，使其設計更加靈活，進而有效地縮短開發周期，使外圍設備有更好的擴展性。采用CPLD，能夠有效地增強煤礦連采機保護系統的功能，使連采機不僅能夠實現自動化控制，還能提高其實時性和可靠性。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕