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引言
帶式輸送機是煤礦最理想的高效連續(xù)運輸設備，與其他運輸設備(如機車類)相比，具有輸送距離長、運量大、連續(xù)輸送等優(yōu)點，而且運行可靠，易于實現自動化和集中化控制，尤其對高產高效礦井，帶式輸送機已成為煤炭開采機電一體化技術與裝備的關鍵設備。由于煤礦井下環(huán)境惡劣，帶式輸送機設備易損壞，一旦輸送帶與滾筒之間發(fā)生打滑及輸送帶溫度升高會嚴重威脅井下人員生命安全，目前國內對輸送帶溫度精確檢測問題一直沒有得到很好解決。
隨著DSP芯片技術與新型非接觸式紅外溫度傳感器技術的不斷發(fā)展以及總線控制系統(FCS)逐漸取代傳統集散控制系統(DCS)為設計一種新型井下帶式輸送機溫度檢測系統提供了可能。本系統采用TMS320F2812作為信號采集和處理的核心，外接CAN收發(fā)器TJAl050。當溫度傳感器檢測到滾筒溫度過高時，DSP2812對溫度信號進行處理并通過CAN總線傳輸給遠程監(jiān)控站，現場子站PLC降低輸送機轉速同時打開噴淋系統降低輸送帶溫度。
1 系統的硬件結構
1．1 系統結構組成
帶式輸送機多路溫度檢測系統結構示意圖示于圖1。
1．2 核心控制器TMS320F2812
TMS320F2812是TI公司生產的32位DSP芯片，是目前控制領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據的測控場合。 DSP2812內置快速A／D轉換器、增強的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口等外設。特別適用于井下復雜電磁環(huán)境的使用。DSP2812外設接口示意圖如圖2所示。
DSP2812芯片內部集成了32位完全功能的CAN控制器eCAN控制器模塊。當采用DSP2812處理器作為CAN總線的智能節(jié)點時，只要在CAN總線與處理器之間增加CAN收發(fā)器即可接入網絡。
DSP2812芯片內部還集成了一個12位帶流水線的模數轉換器(ADC)模塊。ADC模塊共有16個通道，可配置為兩個獨立的8通道模塊，分別服務于事件管理器A和B，也可級聯構成一個16通道模塊。ADC模塊可以對采樣序列進行自動排序，每當ADC模塊收到開始轉換請求能夠自動完成多路轉換，此外也可以對同一通道進行多次采樣，可以有效提高轉換的精度。當發(fā)現某一探測區(qū)域溫度異常時調整設置即可對該區(qū)域進行連續(xù)監(jiān)測。
1．3 紅外熱電偶溫度傳感器
由實驗可知當帶式輸送機滾筒打滑40min后輸送帶溫度可達到300℃左右，此時溫度已接近輸送帶燃點，輸送帶開始冒煙。由于輸送帶滾筒是一個滾動的機構，所以必須使用非接觸式溫度傳感器探測其溫度。目前國內常見的非接觸式帶式輸送機溫度傳感器主要有：a．電磁感應式傳感器，滾筒溫度改變引起測溫元件阻值改變，此方法測溫準確，抗干擾性強但反應速度慢，設備結構復雜，不適用于井下安裝調試。b．熱電阻式傳感器，將集成式溫度元件澆注在鐵殼內貼近滾筒安放。此方法安裝簡便，但反應時間長，也無法準確探測滾筒表面溫度。c．熱釋電式傳感器，在熱電元件受熱時由于晶體受熱引起晶體自發(fā)極化反應從而得到電壓信號。此方法對可以對溫度變化做出反應，但設備結構復雜，易損壞，也不適用于煤礦井下環(huán)境。
本系統選用西安永泰公司C-50-B-1型低溫紅外熱電偶探頭。此種傳感器既具有傳統熱電偶傳感器結構簡單、制造方便、測溫范圍寬、準確度高、信號易于遠傳的優(yōu)點，又實現非接觸式測溫，具有抗干擾能力強、便于安裝的特點。C-50-B-l型低溫紅外熱電偶探頭具有0～300℃的測溫范圍，分辨率可達 O．1℃，響應時間200ms，以0～5V標準信號輸出，便于DSPADC模塊采集。由于目前礦用帶式輸送機皮帶寬帶大多在l～1．4m，且紅外溫度探頭距離系數為16：l，為防止漏檢漏報，采用八路溫度傳感器同時采樣，保證了對滾筒溫度的均勻測量。當某一測溫區(qū)域內溫度超過報警閾值時即發(fā)出報警信號。滾筒溫度探測示意圖如圖3所示。
1．4 CAN現場總線控制系統
現場總線系統(FCS)相比傳統的DCS系統具有系統結構簡單、抗干擾能力強、節(jié)省連接電纜與維護費用的特點。作為生產現場最前端的現場總線可以支持雙絞線、同軸電纜、光纜等連線，具有較強的抗干擾性，可以滿足本征防爆安全要求，特別適合在井下使用。CAN總線作為一種實時控制的串行通信網最大通信距離可達10km，最大可達通信碼速1Mb／s，最多可連接110個設備，具有極高的可靠性、實時性，特別適合工業(yè)現場監(jiān)控設備互連。CAN總線數據協議已經集中到各種芯片中，由于DSP2812芯片已經集成了CAN控制器，只要在芯片與CAN總線之間增加高速CAN收發(fā)器TJAl050。DSP2812與 TJAl050的連接如圖4所示。
2 系統軟件設計
系統主站主要完成遠程監(jiān)控與數據存儲、打印、顯示，與下位機通訊顯示輸送機溫度，轉送，故障報警等功能。現場DSP程序主要包括兩部分功能：溫度檢測 ADC轉換與CAN總線通信。DSP2812溫度采集與傳輸流程圖如圖5所示。CAN總線通信時各智能節(jié)點通過CAN總線不斷向上位機發(fā)送測試數據，上位機通過指令方式設置溫度上下限并對報警溫度做出處理。
3 結論
基于DSP2812的帶式輸送機多路溫度檢測系統充分利用了DSP2812的強大運算能力，結合新型紅外熱電偶溫度探測器改進了傳統帶式輸送機滾筒溫度測量精度不高、測量數據不可靠的問題。高速CAN總線網絡大大提高了數據傳輸速率，增強了系統監(jiān)控的實時性。由于各智能節(jié)點均掛載于同一總線上，節(jié)省了井下布線工作量，采用光纖作為傳輸介質可以保證數據抗干擾與安全生產的需要。
