基于DSP的選煤廠帶式輸送機綜合保護裝置的研究

榮 梅，何立田

(中煤科工集團南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210031)

帶式輸送機在選煤廠運輸中起著重要的作用，尤其對于礦井型選煤廠，選煤廠帶式輸送機的運行狀況不但影響著選煤廠的洗選效率，而且影響著整個礦井的生產(chǎn)效率。對于礦井型選煤廠來說，從主井井口房開始，經(jīng)原煤倉、篩分車間、主廠房，直至產(chǎn)品倉、裝車站等，整個生產(chǎn)過程幾乎每個環(huán)節(jié)都通過帶式輸送機連接。隨著選煤技術的發(fā)展和選煤廠綜合自動化水平的提高，傳統(tǒng)的帶式輸送機保護裝置已不能滿足選煤廠自動化與安全生產(chǎn)的要求，因此有必要設計一套集保護、測量、控制、通信于一體的帶式輸送機綜合保護裝置，這對提高選煤廠的洗選效率有著重要的意義。

根據(jù)GB14784—2013《帶式輸送機安全規(guī)范》[1]中對帶式輸送機的保護要求，結合選煤廠帶式輸送機的運輸距離(一般在200 m以內(nèi))，需要安裝跑偏保護、堆煤保護、防滑保護、溫度保護、煙霧保護、急停保護、防撕裂保護等傳感器。為此，根據(jù)實際生產(chǎn)需要和安全規(guī)范，利用DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力、豐富的外圍模塊、強大的管理功能等，設計出一套帶式輸送機綜合保護裝置[2]。

1 總體結構的設計

整個系統(tǒng)包括主控單元、數(shù)據(jù)采集模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、顯示模塊、通信模塊等。由于選煤廠帶式輸送機布置比較分散，故采用每套帶式輸送機設計一套保護裝置的形式，該裝置布置在機頭附近便于操作的位置。根據(jù)膠帶的長短確定跑偏、堆煤、溫度、煙霧、撕裂、拉繩、速度等傳感器的數(shù)量，各傳感器采集的信號經(jīng)控制電纜接入保護裝置；TMS320F2812控制器接收采集信息并對其進行處理，將測量值與設定值進行比較；如果測量值超出整定范圍，關停電動機，啟動聲光報警信號，并將故障信息顯示在LCD顯示屏上，以方便工作人員發(fā)現(xiàn)故障信息并及時處理，同時將該信息通過eCAN通信上傳給選煤廠調(diào)度室。帶式輸送機啟動后，自動打開機頭處的灑水裝置，從而實現(xiàn)自動灑水。系統(tǒng)總體設計方案[3]如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計方案

2 硬件電路的設計

2.1 中央處理單元

中央處理單元是整個保護裝置的核心，主要由CPU、RAM、Flash、時鐘電路、晶振電路、看門狗電路、電源模塊等組成[4]。微處理器CPU選用TI公司的TMS320F2812，其具有強大的運算能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜運算，且具有豐富的外設模塊，如Flash存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器、增強型eCAN模塊、時間管理器、SCI串口通信模塊、多通道緩沖串口、以太網(wǎng)接口等[5]。豐富的外設模塊給硬件電路的設計帶來很大方便，且使該裝置的穩(wěn)定性、可靠性、性價比均大大提高。

2.2 電源模塊[6]

選煤廠采用AC220 V電源，保護裝置需要選用DC24 V電源，需要配置輸出+24 V和+5 V的開關電源，+24 V用于繼電器回路。由于TMS320F2812外圍模塊需要+3.3 V，內(nèi)核需要+1.8 V，還需要將+5 V轉(zhuǎn)為+3.3 V和+1.8 V。電源模塊電路圖如圖2所示。

圖2 電源模塊電路圖

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要通過現(xiàn)場傳感器采集帶式輸送機的各種狀態(tài)信息，并將其傳給TMS320F2812；由主控單元將采集信息與設定信息進行比較、判斷，并根據(jù)地面操作人員的控制要求，依照編定的程序，控制各設備的運行。

2.4 通信模塊

由于選煤廠現(xiàn)場環(huán)境惡劣、數(shù)據(jù)傳輸量大、傳輸距離遠，故選用TMS320F2812自帶的現(xiàn)場總線CAN[7-8]，不再增加通信模塊，以保證系統(tǒng)運行可靠，且運行成本低。

2.5 其他模塊

系統(tǒng)其他模塊包括復位電路、語音報警模塊、LCD顯示模塊、按鍵輸入模塊、JTAG接口、開關量輸出模塊等?？筛鶕?jù)現(xiàn)場實際需求，選擇所需的模塊。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計思想[9]，利用C語言編程，主要用于實現(xiàn)保護裝置開機前的參數(shù)設置、保護裝置集中控制與單機控制、保護功能。集中控制功能主要體現(xiàn)為：系統(tǒng)正常起車時，保護裝置能夠接收調(diào)度室下發(fā)的開車信號，參與整個洗選系統(tǒng)的集中運行；系統(tǒng)正常停機時，保護裝置能夠接收調(diào)度室下發(fā)的停車信號。單車控制功能主要體現(xiàn)為：帶式輸送機檢修調(diào)試時，直接采用保護裝置的按鈕控制輸送機的啟停，而不受調(diào)度室的控制。

4 注意事項

該保護裝置已在內(nèi)蒙古鄂爾多斯轉(zhuǎn)龍灣選煤廠投入運行，應用實踐表明：其運行狀況良好，穩(wěn)定可靠。由于同一個選煤廠的膠帶輸送機長度相差較大，在開機運行前要注意參數(shù)的設置，否則保護裝置可能會誤動作；此外，主井井口房到主廠房棧橋的運輸環(huán)境需要防爆，保護裝置要選用防爆型元器件，其他場所要選用防水、防塵型設備；采用現(xiàn)場總線通信，需要考慮抗干擾處理[10]。

5 結語

該綜合保護裝置充分利用TMS320F2812控制器本身的特性，采用軟硬件設計相結合的方式，實現(xiàn)了選煤廠帶式輸送機的綜合保護，不但使生產(chǎn)成本降低，而且有利于后期的擴展。該保護裝置具有采集輸送機傳感器信號、電機運行參數(shù)、控制灑水裝置、通過按鍵設置參數(shù)、LCD顯示、故障報警、現(xiàn)場總線CAN與調(diào)度室通信等功能，對于提高選煤廠的綜合自動化水平有著重要意義。

[1] 中國機械工業(yè)聯(lián)合會.帶式輸送機安全規(guī)范：GB 14784—2013[S]. 北京：中國標準出版社，2013.

[2] 中國煤炭建設協(xié)會.帶式輸送機工程設計規(guī)范：GB 50431—2008[S]. 北京：中國計劃出版社，2008.

[3] 中國煤炭建設協(xié)會.煤炭洗選工程設計規(guī)范：GB 50359—2005[S]. 北京：中國計劃出版社，2005.

[4] 蘇奎峰，呂 強，常天慶，等. TMS320X281x DSP原理及C程序開發(fā)：第2版[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[5] 王榮華，王士敏. TMS320C28X處理器在交流采樣中的應用[J]. 電測與儀表，2005，42(3).

[6] 劉和平，鄧 力，江 渝，等．數(shù)字信號處理器原理、結構及應用基礎-TMS320F28x[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2007.

[7] 饒運濤，鄒繼軍，王進宏，等. 現(xiàn)場總線CAN原理與應技術[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2007.

[8] 鞠玉翔. 基于CAN的一個現(xiàn)場總線控制實驗系統(tǒng)的設計[D]：上海：東華理工學院，2004.

[9] 黃 鑫, 宋 洋. 軟件抗干擾技術及其在單片機上的應用[J]. 現(xiàn)代電子技術, 2007, 30(9)：90-92.

[10] 王幸之，王雷翟，成王閃. 單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2001.