摘 要: 針對礦井帶式輸送機的火災問題并分析其原因，設計了輸送機的溫度監測系統。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、軟硬件設計。本系統結構簡單、成本低、實用性能好，經實驗達到預期設計期望。 關鍵詞: 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備在井下得到廣泛應用，大量輸送機在井下的使用增加了火災發生的危險性。據統計膠帶機著火約占煤礦井下火災的20% [1.2]， 由此帶來的經濟損失和社會影響更是無法估計。輸送機火災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。根據徐州礦務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，輸送帶卻不轉或轉動很慢，并持續摩擦一段輸送帶，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的構成 　　輸送帶溫度保護主要由與上位機進行通訊的CAN總線、負責輸送帶溫度檢測的溫度傳感器、負責輸送帶轉速檢測的速度傳感器以及溫度的保護、速度的控制等設備組成。系統結構原理如圖1所示。 [align=center] 圖 1 系統結構原理圖[/align] 　　3.1 CAN總線 　　CAN-bus（Controller Area Network）即控制器局域網，是一種總線形式的協議總線，安全、準確、可靠性高、抗電磁干擾，當信號傳輸距離達10km時,CAN總線仍可提供高達50kbps的數據傳輸速率。作為一種技術先進、功能完善、成本合理的遠程網絡通訊控制方式，CAN-bus已被廣泛應用到各個自動化控制系統中，實現生產現場與智能化控制設備之間的雙向串行通信、多節點的數字通信系統。CAN 總線具有高性能、高可靠性以及靈活的設計,在復雜或大規模的應用（如工業現場控制或生產自動化領域）中, 利用它很容易實現“集中監控,分散控制”這一現代化工業的新控制方式[3]。 　　3.2 紅外溫度傳感器 　　由于傳統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生的溫度。該系統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，不受環境溫度的影響，準確性較高，能有效防止火災發生。其報警點可在0～100攝氏度間任意設定且不需對傳感器進行調整，測量目標距離為0～1200mm。 　　3.3 速度傳感器 　　速度傳感器檢測膠帶輸送機的速度，實現低速打滑和超速保護。本系統的速度傳感器選用美國SPRAGUE公司生產的3000系列霍爾開關傳感器3020T，根據霍爾效應原理，將一塊永久磁鋼固定在與電機相連的主滾筒的轉盤邊沿，轉盤隨被測軸旋轉，在傳送帶附近安裝一個霍爾器件3020T，轉盤隨軸旋轉時，受磁鋼所產生的磁場的影響，傳感器輸出脈沖信號，其頻率和轉速成正比，測出脈沖的頻率即可計算出轉速。 　　3.4 溫度、速度控制及保護 　　當滾筒工作的時候，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。首先將輸送機的狀態分為正常、報警;各種狀態通過液晶顯示。針對異常溫度，首先判斷轉速是否超過范圍，若轉速過快或過慢，由單片機通過DAC0832對轉速進行調整控制。D/A轉換器輸出的模擬量與輸入的數字量成比例關系，若改變輸入數字量，就能改變模擬電流（電壓）的輸出。本設計中，若傳送帶的轉速大于設定范圍，則送至0832的值減1，小于設定范圍則加1，由主程序處理顯示，如此不斷的調整來實現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控制系統的組成及控制原理 　　本系統選用AT89S52作為微控器，組成輸送帶保護系統。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。所以，該微控器能夠滿足本設計的需要。 　　4.1 硬件設計 　　系統主要有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總線系統的設計中采用了上位機與節點的方式，上位機和節點之間采用CAN總線進行通信。上位機設計中，由于上位機負責整個系統的控制與調度，工作任務較重，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收發器組成。在CAN控制器的應用中：SJA1000是一個獨自的CAN控制器，支持CAN2.0B協議。SJA1000主要負責把并行的數據轉換成CAN的格式進行發送和接收。它內部自帶發送和接收緩沖，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。硬件系統組成框架如圖2所示。 [align=center] 圖2 硬件結構[/align] 　　4.2 軟件設計 　　軟件部分由主程序、中斷服務子程序以及功能子程序組成。根據系統的功能，將軟件劃分成若干個功能相對獨立的模塊，根據流程編制程序，將各個模塊程序調試成功以后，最后聯接在一起進行總調。主程序主要完成功能模塊的初始化，設置各個模塊的正確參數，為各個中斷驅動的控制任務開放中斷，循環等待中斷的發生。當某中斷發生時，則轉換該中斷功能模塊，執行中斷服務子程序。中斷服務子程序主要完成定時的功能。功能子程序主要完成溫度、轉速的讀取寫入、判斷和控制等。系統的功能子程序結構如圖3所示。 [align=center] 圖3 控制子程序流程圖[/align] 　　系統投入運行后，控制器的AT89S52芯片首先從E2PROM中讀取設定的標準溫度、轉速，然后單片機定時采樣輸送帶的溫度和轉速脈沖信號，其中輸送帶的溫度信號由紅外溫度傳感器產生。由AT89S52根據溫度寄存器和轉速寄存器中的數值計算輸送帶的溫度和轉速，顯示瞬時溫度、轉速。若所測溫度、轉速在允許轉速范圍內，則系統繼續對輸送帶溫度、轉速進行掃描比較以及顯示;否則由單片機處理，執行報警控制或滯動控制，并把此時的溫度和轉速通過I2C總線寫入E2PROM，以供分析故障用，同時防止斷電數據丟失，從而實現對輸送帶的溫度保護。 5 結束語 　　充分利用了AT89S52的片內外資源，使控制系統結構緊湊，易于實現。同時由于CAN總線和E2PROM的引入提高了控制系統的安全可靠性，增強了實時控制效果，改善了動態性能。有利于監護人員作出正確的決策，大大提高了可靠性。通過在輸送機系統上進行測試試驗，結果表明系統性能穩定、實際控制效果良好，CAN總線系統可靠性強、實時性好，完全可以適應井下現場工作的需要。 本文作者的創新點： 　　1、 采用了紅外數字溫度傳感器，溫度檢測的可靠性和準確性顯著提高。 　　2、 采用CAN總線在井下傳輸數字量，提高了系統的可靠性，減少了布線難度。 參考文獻 　　[1] 孔莉芳,張虹. CAN總線在安全監控系統傳輸中的應用[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，袁宏永.火災探測與控制工程[M].合肥中國科學技術大學出版社，1999.1 　　[4]杜香寒.具有CAN總線功能的傳送帶轉速保護系統的研制[J].工礦自動化，2008 　　[5] 胡君健，謝啟源.復合與智能火災探測技術展望〔J〕.消防科學與技術，2005，24（2）:199-201. 　　[6]劉煥平.單片機原理與接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2007 　　[7]黃民等.礦用膠帶輸送機火災監測系統的研究[J].煤炭學報，2002（2）