基于DSP的选煤厂带式输送机综合保护装置的研究

荣 梅，何立田

(中煤科工集团南京设计研究院有限公司，江苏 南京 210031)

带式输送机在选煤厂运输中起着重要的作用，尤其对于矿井型选煤厂，选煤厂带式输送机的运行状况不但影响着选煤厂的洗选效率，而且影响着整个矿井的生产效率。对于矿井型选煤厂来说，从主井井口房开始，经原煤仓、筛分车间、主厂房，直至产品仓、装车站等，整个生产过程几乎每个环节都通过带式输送机连接。随着选煤技术的发展和选煤厂综合自动化水平的提高，传统的带式输送机保护装置已不能满足选煤厂自动化与安全生产的要求，因此有必要设计一套集保护、测量、控制、通信于一体的带式输送机综合保护装置，这对提高选煤厂的洗选效率有着重要的意义。

根据GB14784—2013《带式输送机安全规范》[1]中对带式输送机的保护要求，结合选煤厂带式输送机的运输距离(一般在200 m以内)，需要安装跑偏保护、堆煤保护、防滑保护、温度保护、烟雾保护、急停保护、防撕裂保护等传感器。为此，根据实际生产需要和安全规范，利用DSP的高速数据处理能力、丰富的外围模块、强大的管理功能等，设计出一套带式输送机综合保护装置[2]。

1 总体结构的设计

整个系统包括主控单元、数据采集模块、开关量输入模块、开关量输出模块、显示模块、通信模块等。由于选煤厂带式输送机布置比较分散，故采用每套带式输送机设计一套保护装置的形式，该装置布置在机头附近便于操作的位置。根据胶带的长短确定跑偏、堆煤、温度、烟雾、撕裂、拉绳、速度等传感器的数量，各传感器采集的信号经控制电缆接入保护装置；TMS320F2812控制器接收采集信息并对其进行处理，将测量值与设定值进行比较；如果测量值超出整定范围，关停电动机，启动声光报警信号，并将故障信息显示在LCD显示屏上，以方便工作人员发现故障信息并及时处理，同时将该信息通过eCAN通信上传给选煤厂调度室。带式输送机启动后，自动打开机头处的洒水装置，从而实现自动洒水。系统总体设计方案[3]如图1所示。

图1 系统总体设计方案

2 硬件电路的设计

2.1 中央处理单元

中央处理单元是整个保护装置的核心，主要由CPU、RAM、Flash、时钟电路、晶振电路、看门狗电路、电源模块等组成[4]。微处理器CPU选用TI公司的TMS320F2812，其具有强大的运算能力，能够实现复杂运算，且具有丰富的外设模块，如Flash存储器、A/D转换器、增强型eCAN模块、时间管理器、SCI串口通信模块、多通道缓冲串口、以太网接口等[5]。丰富的外设模块给硬件电路的设计带来很大方便，且使该装置的稳定性、可靠性、性价比均大大提高。

2.2 电源模块[6]

选煤厂采用AC220 V电源，保护装置需要选用DC24 V电源，需要配置输出+24 V和+5 V的开关电源，+24 V用于继电器回路。由于TMS320F2812外围模块需要+3.3 V，内核需要+1.8 V，还需要将+5 V转为+3.3 V和+1.8 V。电源模块电路图如图2所示。

图2 电源模块电路图

2.3 数据采集模块

数据采集模块主要通过现场传感器采集带式输送机的各种状态信息，并将其传给TMS320F2812；由主控单元将采集信息与设定信息进行比较、判断，并根据地面操作人员的控制要求，依照编定的程序，控制各设备的运行。

2.4 通信模块

由于选煤厂现场环境恶劣、数据传输量大、传输距离远，故选用TMS320F2812自带的现场总线CAN[7-8]，不再增加通信模块，以保证系统运行可靠，且运行成本低。

2.5 其他模块

系统其他模块包括复位电路、语音报警模块、LCD显示模块、按键输入模块、JTAG接口、开关量输出模块等。可根据现场实际需求，选择所需的模块。

3 系统软件设计

系统软件设计采用模块化设计思想[9]，利用C语言编程，主要用于实现保护装置开机前的参数设置、保护装置集中控制与单机控制、保护功能。集中控制功能主要体现为：系统正常起车时，保护装置能够接收调度室下发的开车信号，参与整个洗选系统的集中运行；系统正常停机时，保护装置能够接收调度室下发的停车信号。单车控制功能主要体现为：带式输送机检修调试时，直接采用保护装置的按钮控制输送机的启停，而不受调度室的控制。

4 注意事项

该保护装置已在内蒙古鄂尔多斯转龙湾选煤厂投入运行，应用实践表明：其运行状况良好，稳定可靠。由于同一个选煤厂的胶带输送机长度相差较大，在开机运行前要注意参数的设置，否则保护装置可能会误动作；此外，主井井口房到主厂房栈桥的运输环境需要防爆，保护装置要选用防爆型元器件，其他场所要选用防水、防尘型设备；采用现场总线通信，需要考虑抗干扰处理[10]。

5 结语

该综合保护装置充分利用TMS320F2812控制器本身的特性，采用软硬件设计相结合的方式，实现了选煤厂带式输送机的综合保护，不但使生产成本降低，而且有利于后期的扩展。该保护装置具有采集输送机传感器信号、电机运行参数、控制洒水装置、通过按键设置参数、LCD显示、故障报警、现场总线CAN与调度室通信等功能，对于提高选煤厂的综合自动化水平有着重要意义。

[1] 中国机械工业联合会.带式输送机安全规范：GB 14784—2013[S]. 北京：中国标准出版社，2013.

[2] 中国煤炭建设协会.带式输送机工程设计规范：GB 50431—2008[S]. 北京：中国计划出版社，2008.

[3] 中国煤炭建设协会.煤炭洗选工程设计规范：GB 50359—2005[S]. 北京：中国计划出版社，2005.

[4] 苏奎峰，吕 强，常天庆，等. TMS320X281x DSP原理及C程序开发：第2版[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[5] 王荣华，王士敏. TMS320C28X处理器在交流采样中的应用[J]. 电测与仪表，2005，42(3).

[6] 刘和平，邓 力，江 渝，等．数字信号处理器原理、结构及应用基础-TMS320F28x[M]．北京：机械工业出版社，2007.

[7] 饶运涛，邹继军，王进宏，等. 现场总线CAN原理与应技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[8] 鞠玉翔. 基于CAN的一个现场总线控制实验系统的设计[D]：上海：东华理工学院，2004.

[9] 黄 鑫, 宋 洋. 软件抗干扰技术及其在单片机上的应用[J]. 现代电子技术, 2007, 30(9)：90-92.

[10] 王幸之，王雷翟，成王闪. 单片机应用系统抗干扰技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2001.