帶式輸送機(jī)是煤礦最理想的高效連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備,，與其他運(yùn)輸設(shè)備(如機(jī)車(chē)類(lèi))相比，具有輸送距離長(zhǎng),、運(yùn)量大,、連續(xù)輸送等優(yōu)點(diǎn)，而且運(yùn)行可靠,，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中化控制,，尤其對(duì)高產(chǎn)高效礦井，帶式輸送機(jī)已成為煤炭開(kāi)采機(jī)電一體化技術(shù)與裝備的關(guān)鍵設(shè)備,。由于煤礦井下環(huán)境惡劣,，帶式輸送機(jī)設(shè)備易損壞，一旦輸送帶與滾筒之間發(fā)生打滑及輸送帶溫度升高會(huì)嚴(yán)重威脅井下人員生命安全,，目前國(guó)內(nèi)對(duì)輸送帶溫度精確檢測(cè)問(wèn)題一直沒(méi)有得到很好解決,。
隨著DSP芯片技術(shù)與新型非接觸式紅外溫度傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展以及總線(xiàn)控制系統(tǒng)(FCS)逐漸取代傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS)為設(shè)計(jì)一種新型井下帶式輸送機(jī)溫度檢測(cè)系統(tǒng)提供了可能。本系統(tǒng)采用TMS320F2812作為信號(hào)采集和處理的核心,，外接CAN收發(fā)器TJAl050,。當(dāng)溫度傳感器檢測(cè)到滾筒溫度過(guò)高時(shí)，DSP2812對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行處理并通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控站,，現(xiàn)場(chǎng)子站PLC降低輸送機(jī)轉(zhuǎn)速同時(shí)打開(kāi)噴淋系統(tǒng)降低輸送帶溫度,。
1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
帶式輸送機(jī)多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖示于圖1。
1．2 核心控制器TMS320F2812
TMS320F2812是TI公司生產(chǎn)的32位DSP芯片,，是目前控制領(lǐng)域最高性能的處理器,，精度高、速度快,，特別適用于需要大批量處理數(shù)據(jù)的測(cè)控場(chǎng)合,。 DSP2812內(nèi)置快速A／D轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)的CAN模塊,、事件管理器,、正交編碼電路接口等外設(shè),。特別適用于井下復(fù)雜電磁環(huán)境的使用。DSP2812外設(shè)接口示意圖如圖2所示,。
DSP2812芯片內(nèi)部集成了32位完全功能的CAN控制器eCAN控制器模塊,。當(dāng)采用DSP2812處理器作為CAN總線(xiàn)的智能節(jié)點(diǎn)時(shí)，只要在CAN總線(xiàn)與處理器之間增加CAN收發(fā)器即可接入網(wǎng)絡(luò),。
DSP2812芯片內(nèi)部還集成了一個(gè)12位帶流水線(xiàn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)模塊,。ADC模塊共有16個(gè)通道，可配置為兩個(gè)獨(dú)立的8通道模塊,，分別服務(wù)于事件管理器A和B,，也可級(jí)聯(lián)構(gòu)成一個(gè)16通道模塊。ADC模塊可以對(duì)采樣序列進(jìn)行自動(dòng)排序,，每當(dāng)ADC模塊收到開(kāi)始轉(zhuǎn)換請(qǐng)求能夠自動(dòng)完成多路轉(zhuǎn)換,，此外也可以對(duì)同一通道進(jìn)行多次采樣，可以有效提高轉(zhuǎn)換的精度,。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一探測(cè)區(qū)域溫度異常時(shí)調(diào)整設(shè)置即可對(duì)該區(qū)域進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),。
1．3 紅外熱電偶溫度傳感器
由實(shí)驗(yàn)可知當(dāng)帶式輸送機(jī)滾筒打滑40min后輸送帶溫度可達(dá)到300℃左右，此時(shí)溫度已接近輸送帶燃點(diǎn),，輸送帶開(kāi)始冒煙,。由于輸送帶滾筒是一個(gè)滾動(dòng)的機(jī)構(gòu)，所以必須使用非接觸式溫度傳感器探測(cè)其溫度,。目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的非接觸式帶式輸送機(jī)溫度傳感器主要有：a．電磁感應(yīng)式傳感器,，滾筒溫度改變引起測(cè)溫元件阻值改變，此方法測(cè)溫準(zhǔn)確,，抗干擾性強(qiáng)但反應(yīng)速度慢,，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適用于井下安裝調(diào)試,。b．熱電阻式傳感器,，將集成式溫度元件澆注在鐵殼內(nèi)貼近滾筒安放。此方法安裝簡(jiǎn)便,，但反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng),，也無(wú)法準(zhǔn)確探測(cè)滾筒表面溫度。c．熱釋電式傳感器,，在熱電元件受熱時(shí)由于晶體受熱引起晶體自發(fā)極化反應(yīng)從而得到電壓信號(hào),。此方法對(duì)可以對(duì)溫度變化做出反應(yīng)，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，易損壞,，也不適用于煤礦井下環(huán)境。
本系統(tǒng)選用西安永泰公司C-50-B-1型低溫紅外熱電偶探頭。此種傳感器既具有傳統(tǒng)熱電偶傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、制造方便,、測(cè)溫范圍寬、準(zhǔn)確度高,、信號(hào)易于遠(yuǎn)傳的優(yōu)點(diǎn),，又實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)溫，具有抗干擾能力強(qiáng),、便于安裝的特點(diǎn),。C-50-B-l型低溫紅外熱電偶探頭具有0～300℃的測(cè)溫范圍，分辨率可達(dá) O．1℃,，響應(yīng)時(shí)間200ms,，以0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，便于DSPADC模塊采集,。由于目前礦用帶式輸送機(jī)皮帶寬帶大多在l～1．4m，且紅外溫度探頭距離系數(shù)為16：l,，為防止漏檢漏報(bào),，采用八路溫度傳感器同時(shí)采樣，保證了對(duì)滾筒溫度的均勻測(cè)量,。當(dāng)某一測(cè)溫區(qū)域內(nèi)溫度超過(guò)報(bào)警閾值時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào),。滾筒溫度探測(cè)示意圖如圖3所示。
1．4 CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)(FCS)相比傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、抗干擾能力強(qiáng),、節(jié)省連接電纜與維護(hù)費(fèi)用的特點(diǎn)。作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)最前端的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可以支持雙絞線(xiàn),、同軸電纜,、光纜等連線(xiàn)，具有較強(qiáng)的抗干擾性,，可以滿(mǎn)足本征防爆安全要求,，特別適合在井下使用。CAN總線(xiàn)作為一種實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)最大通信距離可達(dá)10km,，最大可達(dá)通信碼速1Mb／s,，最多可連接110個(gè)設(shè)備，具有極高的可靠性,、實(shí)時(shí)性,，特別適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備互連。CAN總線(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議已經(jīng)集中到各種芯片中,，由于DSP2812芯片已經(jīng)集成了CAN控制器,，只要在芯片與CAN總線(xiàn)之間增加高速CAN收發(fā)器TJAl050。DSP2812與 TJAl050的連接如圖4所示,。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主站主要完成遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)存儲(chǔ),、打印,、顯示，與下位機(jī)通訊顯示輸送機(jī)溫度,，轉(zhuǎn)送,，故障報(bào)警等功能。現(xiàn)場(chǎng)DSP程序主要包括兩部分功能：溫度檢測(cè) ADC轉(zhuǎn)換與CAN總線(xiàn)通信,。DSP2812溫度采集與傳輸流程圖如圖5所示,。CAN總線(xiàn)通信時(shí)各智能節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN總線(xiàn)不斷向上位機(jī)發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)，上位機(jī)通過(guò)指令方式設(shè)置溫度上下限并對(duì)報(bào)警溫度做出處理,。
3 結(jié)論
基于DSP2812的帶式輸送機(jī)多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)充分利用了DSP2812的強(qiáng)大運(yùn)算能力,，結(jié)合新型紅外熱電偶溫度探測(cè)器改進(jìn)了傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)滾筒溫度測(cè)量精度不高、測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠的問(wèn)題,。高速CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率,，增強(qiáng)了系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。由于各智能節(jié)點(diǎn)均掛載于同一總線(xiàn)上,，節(jié)省了井下布線(xiàn)工作量,，采用光纖作為傳輸介質(zhì)可以保證數(shù)據(jù)抗干擾與安全生產(chǎn)的需要。