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礦用電子皮帶秤

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         礦用電子皮帶秤

  1、系統總體結構設計

  礦用電子皮帶秤設計時需要解決安全防爆、稱量精度、調零標定效率低和防誤動作 4 種問題。根據礦井實際需求和常見電子皮帶秤的配置,本安型防爆電子秤總體框。

  礦用電子皮帶秤主要由電阻應變式稱重傳感器、速度傳感器、接線盒與稱重顯示儀表四大部分組成.皮帶秤稱重顯示儀表是電子皮帶秤系統中最為關鍵的部件,是利用電子技術方法測量、顯示和控制物料質量的儀表。不僅完成信號采集處理、數據顯示、數據通訊等工作,還實時傳輸數據到井上監控室進一步統計、保存和打印,具有毛重、去皮、凈重、峰值、峰谷處理等功能 。

         礦用電子皮帶秤

  礦用皮帶秤儀表內部主要由重量采集電路、速度采集電路、單片機電路、485 通訊電路、數據存取電路、液晶顯示電路、鍵盤輸入電路、紅外遙控電路等部分組成,完整的皮帶秤稱重顯示儀表設計框

 

  2、硬件電路設計

  1)器件選擇

  整個儀表的控制核心是 Cortex 內核的 STM32F103VB 單片機芯片,主要完成對各外接設備的控制.通訊方面采用的是RS-485通訊方式.這種通信接口可很方便地將許多設備組成一個控制網絡,由于使用了差分電平傳輸信號,具有結構簡單、價格低廉、控制方便、 通信距離和數據傳輸率適當等特點,很適合在工業環境下應用.接口芯片為具有瞬變電壓抑制功能的差分收發器 SN75LBC184,具有比普通的 RS-485 芯片更強的抗雷電和承受高達 8kV 靜電放電的沖擊的能力.在一些比較惡劣的環境里, 不外加任何保護元件可直接與傳輸線相接.在總線上可以連接 64 個收發器而且可以有效扼制電磁干擾,可以滿足絕大多數礦井的要求 。儀表的紅外接收頭選用的是 TL1838A2.在 ADC 方面采用 Crystal 公司的低噪聲高集成度 CS5532 的△-∑A/D 轉換器,其性能可以達到 24 位, 適合應用于測量稱重儀表、過程控制等領域 。圖形液晶顯示模塊為青云創新LCM192642,可以隨時調節和顯示各種參數,方便于查詢和記錄.

 

  2)通訊模塊設計

  為提高儀表的抗干擾性,單片機與 SN75LBC184 之間的隔離使用的是可控制的光電隔離器TLP521.其類型為晶體管輸出,電路之間的信號傳輸,使前端與負載完全隔離, 目的在于增加安全性,減少電路干擾并簡化電路設計.DIR 管腳輸出低電平(或高電平) ,光敏三極管導通(或截止) ,選中RS485 芯片的 RE 端(或 DE 端) ,允許接收(或發送) .RS-485 接口芯片 SN75LBC184 的 R 端和 D 端的接收發送原理與 DIR 端相同 。

  3)紅外設計

  紅外遙控是一種無線、非接觸控制技術,應用到儀表上能夠有效防止非工作人員對儀表進行操作.其原理是將紅外發射器發射的紅外光轉換為相應的電信號,再送后置放大器經放大后用于計算機控制系統中,具有抗干擾能力強,傳輸可靠,低功耗,低成本,易實現等顯著優點 。紅外遙控解碼器采用的是TL1838A,能輸出具有 NEC 幀格式的高頻脈沖信號, 擁有更多的性能和更好的靈敏度.紅外遙控接收電路原理。

  4)模擬量采集模塊設計

  模擬量采集模塊使用斬波穩定增益可編程儀表放大器 CS5532, 串行接口有 4 根控制線: CS (片選端) 、SDI(串行數據入端) 、SDO(串行數據出端)和 SCLK(串行移位時鐘端).CS5532的 SCLK端口、 SDI 端口、 SDO 端口分別與單片機 PD1 端口、PD2 端口、PD0 端口相連接,完成輸出串行時鐘、寫入數據和讀取數據的功能.CS5532 不同的字速率與增益的結合,可使其 RMS 噪聲、無噪聲分辨率以及內部數字濾波器特性存在差異,需要根據實際情況進行匹配。

  5)本安防爆技術應用

  礦用電子皮帶秤在普通電子皮帶秤的基礎上采取相應的防爆型式,結合本安防爆技術成為適用于煤礦井下惡劣環境的一款本安計量監測設備,能夠在有爆炸性氣體或粉塵的危險環境內安全工作,而不會引起爆炸危險,是本安防爆技術在電子衡器稱重領域的創新應用。

  礦用防爆電子皮帶秤儀表使用齊納式安全柵電路,由快速熔斷器 FU、限流電阻 R 1 和兩組齊納限壓二極管組成,見圖 4.左邊是非本安端,右邊是本安端,可以限制輸入的電能量,可防止非本安電路的危險能量竄入本安電路,起到安全保護作用 [8] .該電路具有原理簡單、電路實現容易,價格低廉等優點,但要考慮線纜和現場設備的蓄能問題,注意線纜和現場設備容抗和感抗,而且電路要本安接地,接地電阻應小于 1 Ω.

 

  3、軟件編程

  礦用皮帶秤系統應用程序各種功能的實現需要通過軟件編程來實現,為提高電子皮帶秤的稱量精度,整體實現非常復雜, 編程任務量大,是電子皮帶秤實現的關鍵部分.由于系統電路涉及到許多硬件,對軟件合理運行提出了更高的要求,需要引入一套合理的管理機制來合理的規劃和利用系統硬件資源,以減輕研發人員的工作量 [9] .系統軟件給出了主程序設計,然后針對個別模塊的軟件設計進行了闡述,并給出了程序的流程圖.主程序流程圖見圖 5,中斷程序子程序。

  上位機通過 RS-232 通訊接口對井下電子皮帶秤稱重顯示儀表發送請求命令,根據上位機的具體要求,儀表識別請求命令后發送或修改相應的參數值,實現了井上監控室對井下儀表的遠程監控.通訊程序流程見圖 7.CS5532 有 2 種模式:單次轉換和連續轉換,本系統選擇連續轉換工作模式.CS5532有多種字速率和增益可供選擇,為避免其 RMS 噪聲、無噪聲分辨率及相應濾波特性存在差異,需要根據實際情況進行適當匹配.這里 CS5532 對通道 1進行 A/D 轉換,增益設為 32,字速率選為 50 HZ.。

 

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