摘 要: 針對礦井帶式輸送機的火災(zāi)問題并分析其原因，設(shè)計了輸送機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)。本文著重介紹輸送帶的常見故障形式及原因、CAN總線、測速和測溫原理，以及保護系統(tǒng)、軟硬件設(shè)計。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實用性能好，經(jīng)實驗達到預(yù)期設(shè)計期望。 關(guān)鍵詞: AT89S52; CAN總線; 輸送帶; 溫度 1 引言 　　隨著礦井大型化、機械化、自動化水平的不斷提高，膠帶輸送機作為煤礦的主要運輸和提升設(shè)備在井下得到廣泛應(yīng)用，大量輸送機在井下的使用增加了火災(zāi)發(fā)生的危險性。據(jù)統(tǒng)計膠帶機著火約占煤礦井下火災(zāi)的20% [1.2]， 由此帶來的經(jīng)濟損失和社會影響更是無法估計。輸送機火災(zāi)主要是由膠帶摩擦生熱引燃膠帶所致，而膠帶摩擦生熱主要由膠帶在主滾筒上打滑造成。因此監(jiān)控滾筒的打滑及溫度情況，對提高膠帶輸送機工作的安全性意義重大。本文針對該問題進行了研究。 2　輸送帶溫度的常見故障形式及原因 　　輸送帶異常最主要的原因之一是由于滾筒打滑。根據(jù)徐州礦務(wù)集團公司試驗站試驗，輸送帶打滑40分鐘，滾筒表面溫度就可達300攝氏度左右，輸送帶開始冒煙;經(jīng)加熱試驗，該溫度已接近輸送帶著火溫度。因此，滾筒打滑是極其危險的。打滑過程中滾筒在轉(zhuǎn)，輸送帶卻不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動很慢，并持續(xù)摩擦一段輸送帶，滾筒溫度上升到一定程度，則會點燃輸送帶。 3 輸送帶溫度保護系統(tǒng)的構(gòu)成 　　輸送帶溫度保護主要由與上位機進行通訊的CAN總線、負責(zé)輸送帶溫度檢測的溫度傳感器、負責(zé)輸送帶轉(zhuǎn)速檢測的速度傳感器以及溫度的保護、速度的控制等設(shè)備組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。 [align=center] 圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖[/align] 　　3.1 CAN總線 　　CAN-bus（Controller Area Network）即控制器局域網(wǎng)，是一種總線形式的協(xié)議總線，安全、準(zhǔn)確、可靠性高、抗電磁干擾，當(dāng)信號傳輸距離達10km時,CAN總線仍可提供高達50kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。作為一種技術(shù)先進、功能完善、成本合理的遠程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應(yīng)用到各個自動化控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場與智能化控制設(shè)備之間的雙向串行通信、多節(jié)點的數(shù)字通信系統(tǒng)。CAN 總線具有高性能、高可靠性以及靈活的設(shè)計,在復(fù)雜或大規(guī)模的應(yīng)用（如工業(yè)現(xiàn)場控制或生產(chǎn)自動化領(lǐng)域）中, 利用它很容易實現(xiàn)“集中監(jiān)控,分散控制”這一現(xiàn)代化工業(yè)的新控制方式[3]。 　　3.2 紅外溫度傳感器 　　由于傳統(tǒng)的接觸式溫度傳感器的溫度探頭因無法固定在輸送帶表面，不能檢測到輸送帶的表面溫度，因而不能完全反映出輸送帶因摩擦產(chǎn)生的溫度。該系統(tǒng)選用的紅外溫度傳感器為非接觸原理，能方便地檢測到輸送帶的表面溫度，不受環(huán)境溫度的影響，準(zhǔn)確性較高，能有效防止火災(zāi)發(fā)生。其報警點可在0～100攝氏度間任意設(shè)定且不需對傳感器進行調(diào)整，測量目標(biāo)距離為0～1200mm。 　　3.3 速度傳感器 　　速度傳感器檢測膠帶輸送機的速度，實現(xiàn)低速打滑和超速保護。本系統(tǒng)的速度傳感器選用美國SPRAGUE公司生產(chǎn)的3000系列霍爾開關(guān)傳感器3020T，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在與電機相連的主滾筒的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨被測軸旋轉(zhuǎn)，在傳送帶附近安裝一個霍爾器件3020T，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，傳感器輸出脈沖信號，其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測出脈沖的頻率即可計算出轉(zhuǎn)速。 　　3.4 溫度、速度控制及保護 　　當(dāng)滾筒工作的時候，它的溫度由傳感器檢測并傳送給單片機，由單片機檢查實時溫度是否在允許的溫度范圍內(nèi)。首先將輸送機的狀態(tài)分為正常、報警;各種狀態(tài)通過液晶顯示。針對異常溫度，首先判斷轉(zhuǎn)速是否超過范圍，若轉(zhuǎn)速過快或過慢，由單片機通過DAC0832對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整控制。D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成比例關(guān)系，若改變輸入數(shù)字量，就能改變模擬電流（電壓）的輸出。本設(shè)計中，若傳送帶的轉(zhuǎn)速大于設(shè)定范圍，則送至0832的值減1，小于設(shè)定范圍則加1，由主程序處理顯示，如此不斷的調(diào)整來實現(xiàn)對輸送帶速度的控制。信息存儲在E2PROM中，以備分析故障使用。當(dāng)溫度上升達到警戒閥值時，控制器報警并顯示。 4 AT89S52控制系統(tǒng)的組成及控制原理 　　本系統(tǒng)選用AT89S52作為微控器，組成輸送帶保護系統(tǒng)。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。所以，該微控器能夠滿足本設(shè)計的需要。 　　4.1 硬件設(shè)計 　　系統(tǒng)主要有AT89S52接口電路、CAN總線電路、報警電路、測溫和測速電路、液晶顯示電路、鍵盤電路等組成。其中CAN總線系統(tǒng)的設(shè)計中采用了上位機與節(jié)點的方式，上位機和節(jié)點之間采用CAN總線進行通信。上位機設(shè)計中，由于上位機負責(zé)整個系統(tǒng)的控制與調(diào)度，工作任務(wù)較重，因此采用PC+CAN卡的方案。CAN總線控制器采用Phlips公司的SJA1000CAN控制器和PCA82C250CAN收發(fā)器組成。在CAN控制器的應(yīng)用中：SJA1000是一個獨自的CAN控制器，支持CAN2.0B協(xié)議。SJA1000主要負責(zé)把并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN的格式進行發(fā)送和接收。它內(nèi)部自帶發(fā)送和接收緩沖，并有超強的錯誤報警和雙重濾波處理。同時還具有降低射頻干擾（RFI）和很強的抗電磁干擾（EMI）能力。硬件系統(tǒng)組成框架如圖2所示。 [align=center] 圖2 硬件結(jié)構(gòu)[/align] 　　4.2 軟件設(shè)計 　　軟件部分由主程序、中斷服務(wù)子程序以及功能子程序組成。根據(jù)系統(tǒng)的功能，將軟件劃分成若干個功能相對獨立的模塊，根據(jù)流程編制程序，將各個模塊程序調(diào)試成功以后，最后聯(lián)接在一起進行總調(diào)。主程序主要完成功能模塊的初始化，設(shè)置各個模塊的正確參數(shù)，為各個中斷驅(qū)動的控制任務(wù)開放中斷，循環(huán)等待中斷的發(fā)生。當(dāng)某中斷發(fā)生時，則轉(zhuǎn)換該中斷功能模塊，執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。中斷服務(wù)子程序主要完成定時的功能。功能子程序主要完成溫度、轉(zhuǎn)速的讀取寫入、判斷和控制等。系統(tǒng)的功能子程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。 [align=center] 圖3 控制子程序流程圖[/align] 　　系統(tǒng)投入運行后，控制器的AT89S52芯片首先從E2PROM中讀取設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度、轉(zhuǎn)速，然后單片機定時采樣輸送帶的溫度和轉(zhuǎn)速脈沖信號，其中輸送帶的溫度信號由紅外溫度傳感器產(chǎn)生。由AT89S52根據(jù)溫度寄存器和轉(zhuǎn)速寄存器中的數(shù)值計算輸送帶的溫度和轉(zhuǎn)速，顯示瞬時溫度、轉(zhuǎn)速。若所測溫度、轉(zhuǎn)速在允許轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，則系統(tǒng)繼續(xù)對輸送帶溫度、轉(zhuǎn)速進行掃描比較以及顯示;否則由單片機處理，執(zhí)行報警控制或滯動控制，并把此時的溫度和轉(zhuǎn)速通過I2C總線寫入E2PROM，以供分析故障用，同時防止斷電數(shù)據(jù)丟失，從而實現(xiàn)對輸送帶的溫度保護。 5 結(jié)束語 　　充分利用了AT89S52的片內(nèi)外資源，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，易于實現(xiàn)。同時由于CAN總線和E2PROM的引入提高了控制系統(tǒng)的安全可靠性，增強了實時控制效果，改善了動態(tài)性能。有利于監(jiān)護人員作出正確的決策，大大提高了可靠性。通過在輸送機系統(tǒng)上進行測試試驗，結(jié)果表明系統(tǒng)性能穩(wěn)定、實際控制效果良好，CAN總線系統(tǒng)可靠性強、實時性好，完全可以適應(yīng)井下現(xiàn)場工作的需要。 本文作者的創(chuàng)新點： 　　1、 采用了紅外數(shù)字溫度傳感器，溫度檢測的可靠性和準(zhǔn)確性顯著提高。 　　2、 采用CAN總線在井下傳輸數(shù)字量，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了布線難度。 參考文獻 　　[1] 孔莉芳,張虹. CAN總線在安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸中的應(yīng)用[J].微計算機信息,2008.1-2:43-44. 　　[2]Nicholas P C.膠帶物送機的故障排除方法[J].煤礦安全，19 91 ,（ 4）:67-69 　　[3] 昊龍標(biāo)，袁宏永.火災(zāi)探測與控制工程[M].合肥中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1999.1 　　[4]杜香寒.具有CAN總線功能的傳送帶轉(zhuǎn)速保護系統(tǒng)的研制[J].工礦自動化，2008 　　[5] 胡君健，謝啟源.復(fù)合與智能火災(zāi)探測技術(shù)展望〔J〕.消防科學(xué)與技術(shù)，2005，24（2）:199-201. 　　[6]劉煥平.單片機原理與接口技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007 　　[7]黃民等.礦用膠帶輸送機火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].煤炭學(xué)報，2002（2）