基于DSP2812的帶式輸送機多路溫度檢測系統(tǒng)設計

摘要：針對以往礦用帶式輸送機滾筒溫度檢測系統(tǒng)的不足，本文設計了一種新型帶式輸送機滾筒溫度檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以TMS320F2812芯片為控制核心，將紅外熱電偶探測器獲取的溫度，處理后通過CAN總線與上位機通信。研究結果表明，高速DSP芯片與CAN總線的結合特別適用于煤礦井下數(shù)據(jù)采集與控制，對于在煤礦中的應用具有廣泛的前景。
關鍵詞：溫度探測器；TMS320F2812；CAN總線；滾筒

0 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(xiàn)自動化和集中化控制，尤其對高產(chǎn)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(nèi)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(tǒng)(FCS)逐漸取代傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)(DCS)為設計一種新型井下帶式輸送機溫度檢測系統(tǒng)提供了可能。本系統(tǒng)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(xiàn)場子站PLC降低輸送機轉速同時打開噴淋系統(tǒng)降低輸送帶溫度。

1 系統(tǒng)的硬件結構
1．1 系統(tǒng)結構組成
    帶式輸送機多路溫度檢測系統(tǒng)結構示意圖示于圖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)的測控場合。DSP2812內(nèi)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。

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    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(wǎng)絡。
    DSP2812芯片內(nèi)部還集成了一個12位帶流水線的模數(shù)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(lián)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(xiàn)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(nèi)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(nèi)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(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(xiàn)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(shù)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(nèi)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(xiàn)場總線控制系統(tǒng)
    現(xiàn)場總線系統(tǒng)(FCS)相比傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)具有系統(tǒng)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(chǎn)現(xiàn)場最前端的現(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)場監(jiān)控設備互連。CAN總線數(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總線之間增加高速CAN收發(fā)器TJAl050。DSP2812與TJAl050的連接如圖4所示。

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2 系統(tǒng)軟件設計
    系統(tǒng)主站主要完成遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)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?，F(xiàn)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(shù)據(jù)，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(tǒng)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(tǒng)帶式輸送機滾筒溫度測量精度不高、測量數(shù)據(jù)不可靠的問題。高速CAN總線網(wǎng)絡大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，增強了系統(tǒng)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(shù)據(jù)抗干擾與安全生產(chǎn)的需要。