基于DSP2812的帶式輸送機(jī)多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)以往礦用帶式輸送機(jī)滾筒溫度檢測(cè)系統(tǒng)的不足，本文設(shè)計(jì)了一種新型帶式輸送機(jī)滾筒溫度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以TMS320F2812芯片為控制核心，將紅外熱電偶探測(cè)器獲取的溫度，處理后通過(guò)CAN總線(xiàn)與上位機(jī)通信。研究結(jié)果表明，高速DSP芯片與CAN總線(xiàn)的結(jié)合特別適用于煤礦井下數(shù)據(jù)采集與控制，對(duì)于在煤礦中的應(yīng)用具有廣泛的前景。
關(guān)鍵詞：溫度探測(cè)器；TMS320F2812；CAN總線(xiàn)；滾筒

0 引言
    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?，F(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。