探究CPLD在煤矿连采机保护系统中的应用

谢进

摘 要：主要分析了CPLD在煤矿连采机保护系统中的应用，探究了CPLD实现模拟信号的采集和处理、完成复杂的逻辑关系的过程，从而提高了连采机控制系统的处理速度、集成度和可靠性，最终解决了数字处理信号控制器引发的程序不稳等问题。

关键词：煤矿采掘；CPLD；连采机保护系统；数字处理信号控制器

中图分类号：TP274 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.147

连采机在煤矿采掘中应用比较广泛，是必不可少的大型采掘工具之一。其中，连采机中最重要的系统就是电气控制系统，电气控制系统配合液压系统，能够让连采机有效地完成工作和生产。对于控制系统，可采用一种高性能的CPLD液晶显示驱动模块，它主要用于数据采集以及对逻辑的控制和操作，以强化电气控制系统中的数据采集效率，使控制系统获得更多的控制功能，增强其实时控制性能。

1 保护系统的应用和设计

连采机带有一定的生产工艺和较高的自动化控制标准，主要是利用32位的中央处理器对其实施控制和保护，进而不断地提高连采机的生产和作业效率，有效地实现其网络化要求和智能化发展。

连采机的控制系统主要包括CPLD，也就是复杂大规模的可编程逻辑器件。它采用了EDA中的功能和技术，将CPLD与DSP结合起来，使CPLD在控制系统中实现读写功能，并强化其逻辑性。

保护系统中的硬件包括计算机的控制单元，这是控制系统中最关键的组成部分，它主要承担着数据采集和计算的工作，同时，还能实现对逻辑的判断和存储等。计算机控制单元主要有CPU，即中央处理器、复位电路和存储器等。

保护系统中的穿行通信主要有2个口，即SCI和SPI。它们可以用专业生产公司的MAX485收发器实现接口的通信功能，使操作箱、网络通讯协议和其他的一些设备实现数据间的通信。

开关量输入和输出的主要连接设备是控制系统和其他的设备。这时，外部的设备通过开关量的输入向外传递信号，然后再用光电隔离，使继电器与信号隔离，实现电平的转换。在CAN总线系统中，数字讯号处理器主要针对的是数字控制设计DSP内部集成增强型局控制器域网模块，并且它还拓展、兼容CAN2.0的CAN模块。这样，它就很方便地接入CAN总线中，并与显示箱、电磁阀控制箱和遥控系统等共同组成CAN总线系统。

一般标准模拟信号为2～10 V，有的模拟量信号为4～20 V，主要是一些传感器通过电气控制箱后转换信号，输进一些多路转换开关，同时进行A/D转换。对于脉冲宽度信号输入智能弹性架构540，有效地增大了脉冲宽度信号的驱动能力，从而为连采机的液压系统内部提供充分的电流。对于周期性的交流电量，一般采用离散采样的方法，经过对A/D的转换后，形成计算机中可处理的数据，运用系统、快捷的算法计算功率的因数结果、电压和电流等。

2 应用分析

连采机自动控制和保护系统的主要功能是利用周期性的交流电量和标准的直流模拟量信号转换A/D。一般情况下，数字信号处理的控制能力很差，但是，在算法及其他的功能上就显示出了较强的能力。如果数字信号的处理沿用A/D转换，在其过程中就会显示出编程的简便，控制周期过长，速度较慢。采用这种复杂可编程的逻辑器件，运用大规模的集成电路系统，有非常好的灵活性和强大的功能性，并且数据的采样接口也会更加方便、灵活。对于数字信号处理，就是将一些模拟信号映射在输入和输出设备中，然后再访问。

对于复杂可编程逻辑器件主要是利用芯片实现系统中的一些逻辑功能，使传统的标准逻辑器件被逐渐代替。这种复杂可编程逻辑器件在保护系统中的应用，大大增强了DSP的外设访问能力，从整体上简化了硬件电路，有效地提高了系统的数据采集速率，使外围设备有了较大可扩展性。

在复杂可编程逻辑器件中，由于CPLD是一种新发展起来的可编程逻辑器件，所以，一般情况下，用户可对其编程，完成所需的功能。这样做，可以使编程的逻辑器件得到长足的发展，规模变得越来越大，不断增强其功能，进而降低成本价，同时，也会使其配套设施的开发更加完善。由此可见，复杂可编程逻辑器具有编程方式简单、先进，速度快和高可靠性等特点。

3 CPLD逻辑控制的具体分析及其程序设计

应用复杂可编程逻辑器件代替传统型的标准逻辑器件，可以实现控制系统不同的逻辑功能。如果应用这种CPLD芯片，那么，这种芯片的内部就集成了许多基本逻辑门，共有2 500个，其中，有84个引脚，64个引脚是可编程的，其他20个引脚可以是编程引脚也可以是电源。在增加新逻辑功能的情况下，可以免去对硬件电路的改动，即可实现CPLD内程序。

在设计该程序时，主要是在编写复杂可编程逻辑器件程序之前，根据数字信号处理地址中的分配原则分配，合理分配控制系统，避免CPLD程序在编写的过程出现地址混乱和重叠的情况。在设计要求方面，要确定其逻辑功能和A/D转换等工作，科学设置输入和输出的关系、器件逻辑和引脚等功能，利用超高速集成电路硬件描述语言来编译，从而形成对应的目标文件，最后再将其下载到芯片上，设计出符合规定的采用控制和逻辑功能。

4 结束语

在煤矿连采机保护系统中，运用CPLD能够代替一些标准的逻辑器件，减少DSP的工作量，简化PCB的布线。同时，还能增强系统输入和输出设备的利用率，使其设计更加灵活，进而有效地缩短开发周期，使外围设备有更好的扩展性。采用CPLD，能够有效地增强煤矿连采机保护系统的功能，使连采机不仅能够实现自动化控制，还能提高其实时性和可靠性。

参考文献

[1]孙霞，陆玉正.基于DSP和CPLD的煤矿安全监测系统[J].煤矿安全，2012，43（7）：89-91.

[2]姬雪峰，汪玉凤，牛迎丽，等.基于DSP和CPLD的谐波检测系统设计[J].煤矿机电，2012（3）：1-5.

〔编辑：白洁〕