关键词: AT89S52; CAN总线; 输送带; 温度
1 引言
随着矿井大型化、机械化、自动化水平的不断提高，胶带输送机作为煤矿的主要运输和提升设备在井下得到广泛应用，大量输送机在井下的使用增加了火灾发生的危险性。据统计胶带机着火约占煤矿井下火灾的20% [1.2]， 由此带来的经济损失和社会影响更是无法估计。输送机火灾主要是由胶带摩擦生热引燃胶带所致，而胶带摩擦生热主要由胶带在主滚筒上打滑造成。因此监控滚筒的打滑及温度情况，对提高胶带输送机工作的安全性意义重大。本文针对该问题进行了研究。
2 输送带温度的常见故障形式及原因
输送带异常最主要的原因之一是由于滚筒打滑。根据徐州矿务集团公司试验站试验，输送带打滑40分钟，滚筒表面温度就可达300摄氏度左右，输送带开始冒烟;经加热试验，该温度已接近输送带着火温度。因此，滚筒打滑是极其危险的。打滑过程中滚筒在转，输送带却不转或转动很慢，并持续摩擦一段输送带，滚筒温度上升到一定程度，则会点燃输送带。
3 输送带温度保护系统的构成
输送带温度保护主要由与上位机进行通讯的CAN总线、负责输送带温度检测的温度传感器、负责输送带转速检测的速度传感器以及温度的保护、速度的控制等设备组成。系统结构原理如图1所示。
图 1 系统结构原理图
3.1 CAN总线
CAN-bus（Controller Area Network）即控制器局域网，是一种总线形式的协议总线，安全、准确、可靠性高、抗电磁干扰，当信号传输距离达10km时,CAN总线仍可提供高达50kbps的数据传输速率。作为一种技术先进、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus已被广泛应用到各个自动化控制系统中，实现生产现场与智能化控制设备之间的双向串行通信、多节点的数字通信系统。CAN 总线具有高性能、高可靠性以及灵活的设计,在复杂或大规模的应用（如工业现场控制或生产自动化领域）中, 利用它很容易实现“集中监控,分散控制”这一现代化工业的新控制方式[3]。
3.2 红外温度传感器
由于传统的接触式温度传感器的温度探头因无法固定在输送带表面，不能检测到输送带的表面温度，因而不能完全反映出输送带因摩擦产生的温度。该系统选用的红外温度传感器为非接触原理，能方便地检测到输送带的表面温度，不受环境温度的影响，准确性较高，能有效防止火灾发生。其报警点可在0～100摄氏度间任意设定且不需对传感器进行调整，测量目标距离为0～1200mm。
3.3 速度传感器
速度传感器检测胶带输送机的速度，实现低速打滑和超速保护。本系统的速度传感器选用美国SPRAGUE公司生产的3000系列霍尔开关传感器3020T，根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在与电机相连的主滚筒的转盘边沿，转盘随被测轴旋转，在传送带附近安装一个霍尔器件3020T，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，传感器输出脉冲信号，其频率和转速成正比，测出脉冲的频率即可计算出转速。
3.4 温度、速度控制及保护
当滚筒工作的时候，它的温度由传感器检测并传送给单片机，由单片机检查实时温度是否在允许的温度范围内。首先将输送机的状态分为正常、报警;各种状态通过液晶显示。针对异常温度，首先判断转速是否超过范围，若转速过快或过慢，由单片机通过DAC0832对转速进行调整控制。D/A转换器输出的模拟量与输入的数字量成比例关系，若改变输入数字量，就能改变模拟电流（电压）的输出。本设计中，若传送带的转速大于设定范围，则送至0832的值减1，小于设定范围则加1，由主程序处理显示，如此不断的调整来实现对输送带速度的控制。信息存储在E2PROM中，以备分析故障使用。当温度上升达到警戒阀值时，控制器报警并显示。
4 AT89S52控制系统的组成及控制原理
本系统选用AT89S52作为微控器，组成输送带保护系统。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。所以，该微控器能够满足本设计的需要。
4.1 硬件设计
系统主要有AT89S52接口电路、CAN总线电路、报警电路、测温和测速电路、液晶显示电路、键盘电路等组成。其中CAN总线系统的设计中采用了上位机与节点的方式，上位机和节点之间采用CAN总线进行通信。上位机设计中，由于上位机负责整个系统的控制与调度，工作任务较重，因此采用PC+CAN卡的方案。CAN总线控制器采用Phlips公司的SJA1000CAN控制器和PCA82C250CAN收发器组成。在CAN控制器的应用中：SJA1000是一个独自的CAN控制器，支持CAN2.0B协议。SJA1000主要负责把并行的数据转换成CAN的格式进行发送和接收。它内部自带发送和接收缓冲，并有超强的错误报警和双重滤波处理。同时还具有降低射频干扰（RFI）和很强的抗电磁干扰（EMI）能力。硬件系统组成框架如图2所示。
图2 硬件结构
4.2 软件设计
软件部分由主程序、中断服务子程序以及功能子程序组成。根据系统的功能，将软件划分成若干个功能相对独立的模块，根据流程编制程序，将各个模块程序调试成功以后，最后联接在一起进行总调。主程序主要完成功能模块的初始化，设置各个模块的正确参数，为各个中断驱动的控制任务开放中断，循环等待中断的发生。当某中断发生时，则转换该中断功能模块，执行中断服务子程序。中断服务子程序主要完成定时的功能。功能子程序主要完成温度、转速的读取写入、判断和控制等。系统的功能子程序结构如图3所示。
图3 控制子程序流程图
系统投入运行后，控制器的AT89S52芯片首先从E2PROM中读取设定的标准温度、转速，然后单片机定时采样输送带的温度和转速脉冲信号，其中输送带的温度信号由红外温度传感器产生。由AT89S52根据温度寄存器和转速寄存器中的数值计算输送带的温度和转速，显示瞬时温度、转速。若所测温度、转速在允许转速范围内，则系统继续对输送带温度、转速进行扫描比较以及显示;否则由单片机处理，执行报警控制或滞动控制，并把此时的温度和转速通过I2C总线写入E2PROM，以供分析故障用，同时防止断电数据丢失，从而实现对输送带的温度保护。
5 结束语
充分利用了AT89S52的片内外资源，使控制系统结构紧凑，易于实现。同时由于CAN总线和E2PROM的引入提高了控制系统的安全可靠性，增强了实时控制效果，改善了动态性能。有利于监护人员作出正确的决策，大大提高了可靠性。通过在输送机系统上进行测试试验，结果表明系统性能稳定、实际控制效果良好，CAN总线系统可靠性强、实时性好，完全可以适应井下现场工作的需要。
本文作者的创新点：
1、 采用了红外数字温度传感器，温度检测的可靠性和准确性显著提高。
2、 采用CAN总线在井下传输数字量，提高了系统的可靠性，减少了布线难度。
参考文献
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