Справочник электрослесаря добычного и проходческого оборудования - часть 1

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Стремителен ход технического прогресса. Прошло  всего три года после выхода 

первого издания книги «Электрослесарю добычного и проходческого оборудования», 

посвященной средствам забойной автоматики, однако уже возникла потреб-

ность во втором издании: настолько значительны изменения в производстве средств 

автоматизации. Если говорить об основном направлении совершившихся измене-

ний, то следует, в первую очередь, назвать элементную базу. 

Три  года тому назад ни в одном из выпускавшихся нами серийно изделий, а их 

тогда изготовлялось около сорока наименований, не применялись микропроцессоры. 

Теперь  нет такой новой продукции, где бы. в конструкцию не были заложены эле-

менты микропроцессорной техники, более того — в некоторые изделия, выпус-

кавшиеся ранее, при их модернизации введена новая элементная база. Второе изда-

ние книги именно поэтому открывается главой, посвященной микропроцессорам. 

В условиях подземной эксплуатации современной сложной техники при не-

прерывно усложняющейся обстановке, переходе к разработкам более глубоких го-

ризонтов и тонких пластов без автоматики не обойтись. Шахтеры  справедливо 

требуют от нас, ученых и конструктуров, полной замены ручного труда меха-

низмами, оснащенными автоматикой. Добывать  уголь из пластов мощностью 0,6— 

1,0 м вручную очень тяо/село.  Заменить ручной труд механизмами, снабженными 

средствами автоматики,—наша задача, которую мы стараемся решить. Этому 

и служит 2-е издание данного справочника, посвященного знакомству с наиболее 

массовыми и распространенными средствами забойной автоматики. 

Авторы стремились давать материал с учетом того уровня знаний, каким 

владеют сегодня электрослесари угольных шахт. Впрочем, шахтный персонал, 

обслуживающий забойную технику, как правило, имеет среднее техническое, а то 

и высшее образование. Правда,  уровень подготовки начинающих электрослесарей именно 

по шахтной автоматике не всегда удовлетворяет современным требованиям. При-

чины тому — отсутствие учебников, пробелы в программах и нехватка специали-

стов-преподавателей. И  это тоже является поводом для издания книг, подобных 

этой. В какой мере удалось это сделать — судить читателям. 

В. А. Антипов, 

канд. техн. наук, генеральный директор 

НПО  чАвтоматгормаш» 

Г Л А В А 1 

МИКРОПРОЦЕССОРЫ 

в

 ЗАБОЙНОЙ АВТОМАТИКЕ 

Повышение требований к гибкости и надежности систем управления техно-

логическими процессами, а также значительный рост объема перерабатываемо} 

информации и выполняемых функций привели к появлению в этих системах па-

раллельной обработки данных и сетей связи, построенных на основе ЭВМ. Удоб-

ным и экономически эффективным техническим средством реализации новых 

принципов управления явились микропроцессоры. 

Микропроцессор (МП) — автономное функционально законченное устрой 

ство, состоящее из одной или нескольких программно-управляемых больших 

интегральных схем (БИС), включающее все средства, необходимые для обработки 

информации и управления данными, рассчитанное на совместную работу с| 

устройствами памяти и ввода-вывода информации. В состав МП входят: ариф

1 

метико-логическое устройство (АЛУ); схема управления и синхронизации; ре> 

гистр-аккумулятор; сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ); про 

граммный счетчик; адресный стек, регистр команд и дешифратор кода операции 

параллельные шины ввода-вывода; схема управления памятью и вводом; 

выводом. 

Различают универсальные и специализированные МП (специализированны! 

ориентированы на конкретное применение). Используют МП совместно с микро 

процессорными наборами (МН), которые являются совокупностью совместимы: 

БИС, разработанных для построения различных микропроцессорных средст] 

обработки информации. Обычно в МН входят: МП; оперативное запоминающе* 

устройство (ОЗУ); постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), допускающе 

смену записанной в нем информации в специальном нерабочем режиме; БИС 

микропрограммного управления; БИС ввода-вывода или интерфейса внешних 

устройств. 

Первый МП появился в 1971 г. (Intel  4004) в США, однако в настоящее вра 

мя известно уже более ста типов МП, точнее микропроцессорных наборов БИС; 

поскольку фирмы-изготовители предлагают обычно наборы из нескольких БИС, 

МП, ОЗУ, ПЗУ, полупостоянной памяти (ППЗУ), устройств ввода-вывода и т. д. 

Такое разнообразие МП определяется различным сочетанием их характеристик. 

Улучшение характеристик МП непосредственно связано с совершенствованием 

технологии. Именно она определила общепринятое деление всех МП на три по-

коления: I — на основе р-канальной (металл — окисел — полупроводник) МОП-

технологии; II — на основе /t-канальной и комплементарной МОП-технологии; 

III — на основе биполярной технологии. 

При всем многообразии МП можно выделить общие для всех типов харак-

теристики и свойства: 

а) малая разрядность слова: 2, 4, 8, 12, 16; 

б) ограниченная мощность набора команд (обычно требуется 2—5 команд для 

выполнения операции, эквивалентной одной команде мини-ЭВМ); 

в) аппаратно подкрепленная организация связи подпрограмм (с по-

мощью стека); 

г) программно-управляемый ввод-вывод; 

д) низкая стоимость микро-ЭВМ (обычно 1—5 % стоимости мини-ЭВМ) [1,]. 

Можно с уверенностью сказать, что темпы разработок специализированных 

устройств вычислительной техники и дискретной автоматики не ниже темпов рос-

та универсальных средств [2]. Вместе с тем использование в специализиро-

ванных вычислительных комплексах (СВК) структур, заимствованных от унич 

версальных средств, чаще всего оказывается неэффективным. Последнее объ-

ясняется тем, что структура СВК более жестко связана с алгоритмами 

решаемых задач. Среди задач, наиболее часто встречающихся в СВК, можно 

выделить [3] следующие: связанные с преобразованием координат, опознаванием 

4 

"ир.ипи ii их масштабным преобразованием, диагностики состояния оборудова-

ние и систем; анализа и обработки сигналов; управления и обработки информа-

ции о технологических процессах; предварительного преобразования информа-

управления; обработки текущей информации и выработки управляющих 

1,1'жтннй; комбинаторные и экстремальные задачи на графах и другие. 

< Специфика реализации указанных задач обусловливает ряд архитектурных 

ценностей СВК, таких как постоянство реализуемых алгоритмов, наличие 

* нгцилльных функций в наборе операций и команд, нестандартная длина разряд-

сетки, использование проблемно ориентированных входных языков и широ-

кие нозможности их аппаратной интерпретации [4]. Особенности СВК, преиму-

щественно эксплуатационного характера, определяют построение их средств по 

модульному принципу. 

Принцип модульности, развиваемый на информационном, функциональном, 

программном и конструктивном уровнях, в настоящее время прочно утвердился 

и качестве основного принципа проектирования СВК, в наибольшей степени от-

пгч;по1цего требованиям унификации технических решений, повышения надеж-

п' >< iiI и живучести систем, обеспечения отказоустойчивости, контроле- и ремон-

юмригодности средств СВК. Такой принцип положен в основу одного из наибо-

|||'г перспективных направлений в теории проектирования вычислительных 

н управляющих средств — модульного проектирования (МПР) систем. Одним из 

iiiiiipocon, возникающих при МПР СВК, является выбор технических средств 

п элементной базы (ЭБ). 

Для расширения возможностей одноплатных михро-ЭВМ разрабатываются, 

h а к правило, наборы функциональных модулей, которые могут работать совме-

стно с этими микро-ЭВМ. В состав таких наборов входят модули ввода-вывода, 

ОЗУ, ПЗУ, питания, преобразования сигналов, решения специальных функций. 

1 .пене модули выполняются на базе конструкторско-технологических решений, 

принятых для одноплатных микро-ЭВМ, и должны соответствовать тем же нор-

мативно-техническим документам, что и микро-ЭВМ. Так, в состав системы 

NMP фирмы «Сименс» входят более 70 различных типов совместимых аппарат-

пых и программных модулей. 

Разработчикам отечественных комплексов унифицированных электронных 

модулей (КУЭМ) приходится учитывать технические решения электронной 

промышленности, направленные на стандартизацию и унификацию микропро-

цессорных средств, прежде всего в области конструктивов (обеспечение конструк-

торско-технологической совместимости) и системы параметров (обеспечение па-

раметрической, информационной, электромагнитной и других видов совмести-

мости), методов и средств контроля и отладки. Однако именно в этих направ-

лениях существуют наибольшие отставания стандартизации, что отрицательно 

сказывается на реализации программ разработки КУЭМ СВК. 

Для повышения технического уровня изделий шахтной автоматики и авто-

матизируемого оборудования НПО «Автоматгормаш» выполнило цикл работ по 

созданию КУЭМ СВК в искробезопасном исполнении для автоматизации забой-

ного оборудования. В качестве элементной базы для построения КУЭМ исполь-

|уется микропроцессорный набор серии КР580 [5]. Он состоит из восьми инте-

гральных микросхем (ИМС). 

Функциональное назначение ИМС набора КР580: 

программируемый интерфейс связи •— микросхема ИК51 — осуществляет 

преобразование параллельного 8-разрядного кода в последовательный и на-

оборот; 

программируемый таймер — микросхема ИК53 — служит для генерации 

сигналов с программируемыми временными характеристиками; 

программируемый интерфейс периферийных устройств — микросхема 

1IK.55 — применяется для сопряжения периферийных устройств: дисплея, 

телетайпа, ЗУ с шиной данных микропроцессорных устройств; 

программируемый контроллер прямого доступа к памяти — ИМС ИК57 — 

предназначен для ускорения параллельного обмена данными между памятью 

н периферийными устройствами путем прямого доступа к памяти по четырем ка-

налам. Управляющее слово программы задает режим работы ИМС, приоритет-

iini'Tii каналов, начальный адрес и длину передаваемого массива данных; 

программируемый контроллер прерываний — ИМС ИК59 — предназначен 

дли управления многоуровневым прерыванием с обслуживанием восьми запросов 

5 

(количество обслуживаемых запросов на прерывание работы микропроцессора 

можно увеличить до 64 путем каскадирования); 

центральный процессорный элемент — ИМС ИК80 — представляет собой 

8-разрядный функционально законченный процессорный элемент без возмож-

ности аппаратного наращивания разрядности обрабатываемых данных. Система 

команд ИМС ИК80 выполняется по машинным циклам (МЦ), продолжитель-

ность которых составляет 3—5 периодов тактового питания, отсчитываемых по 

нарастающим перепадам сигнала. 

Кроме того, в микропроцессорный набор КР580 входят еще две интеграль-

ные микросхемы: буферные 8-разрядные регистры и шинные 8-разрядные фор-

мирователи. 

Основные характеристики ИМС микропроцессорной серии КР580 [5] типа 

МОП представлены ниже. 

Период синхронизации, сигн. / не 500 

Разрядность, бит 8 

Число внутренних регистров, как программно-доступных, 

так и вспомогательных 19 

Потребляемая мощность, мВт 750 

Напряжение питания, В 5,5; 12,0 

Число компонент в ИМС, тыс. шт. 5 

Число выводов в корпусе ИМС, шт. 48 

Для аппаратной реализации функциональных задач автоматизации угледо-

бывающих комбайнов и проходческого оборудования разработан специальный 

набор блоков (модулей), обеспечивающий построение различных систем автома-

тизации. Для автоматизации добычных комбайнов разработаны унифицирован-

ные блоки: 

блок микропроцессора (БМ), блок сопряжения (БС) — для обеспечения 

регулирования нагрузки и скорости; 

блок управления табло (БУТ), блок табло (Т), блок шифратора (БШ) — 

для обеспечения отображения информации на дисплее, диагностики и защиты; 

блок управления комбайном и конвейером (БУК), блок управления скоро-

стью (БУС), дешифратор (Д), фотоприемники (ФП), носимый пульт управления 

(НПУ) — для обеспечения дистанционного беспроводного управления по инфра-

красному каналу; 

источник питания ИП36-5, блок аккумулятора (БА), блок преобразователя 

(БП) — для обеспечения энергопитания. 

Применяемость блоков (модулей) автоматизации комбайнов в различных 

средствах автоматизации и очистных комбайнах приведена в табл. 1.1. 

Таблица  1.1 

В состав бортовой микро-ЭВМ, построенной на элементах микропроцессор-

шин набора КР580, входят: блок микропроцессора; блок сопряжения, а также