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基于CAN总线的带式输送机控制系统研究
发布时间：2013-06-11 08:05 来源：未知
1、概述
在大型煤矿中，煤炭运输系统多采用胶带运输，因此，高效、安全和可靠的胶带运输系统，对提高煤炭生产效率和改善矿井的技术、经济指标有很大的影响。若发生故障，将使其它工作地点的作业陷入停顿，甚至会导致全矿停产。因此，胶带运输系统运行的好坏直接关系到煤矿生产能否正常进行。
目前，现场总线控制系统( FCS)已在现场成熟应用，解决了生产现场设备众多、类型繁杂不利于系统集成的问题。煤矿井下带运输系统具有线路长、设备多、控制分散的特点，这正是FCS系统解决问题的优势。为此，我们研制开发了一套利用CAN现场总线实现整个煤流的监控系统。在底层，利用复杂可编程逻辑器件( CPLD)和单片机开发了带机全线多功能信控装置作为现场分站，采集各设备信号及发送控制指令，实现多功能保护和信号传递、控制。该系统投入运行以来，极大地解决了皮带系统现场操作信息不畅的问题，提高了设备运行安全。
2、胶带运输系统分析
胶带输送机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清
扫器等组成。带式输送机的驱动装置由单个或多个驱动滚筒驱动。和其它系统相比，带式输送机监控系统有其特点，它的结构复杂，控制系统分散，运行环境恶劣，主要表现在
(1)运输线路长；
(2)运输设备种类多；
(3)转换环节多；
(4)控制点较分散；
(5)设备关联性强，启动和停止时都要严格按照一定的时间和次序；
3、系统组成
胶带输送机监控系统的结构特点决定了运输设备的控制是一个复杂的过程。本系统根据煤矿井下胶带输送机群的实际情况，设计了控制系统。在系统中带式输送机的电气�；ず涂刂谱爸弥饕校航捍叨喙δ苄趴刈爸�、拉绳开关、跑偏检测开关、打滑检测、防撕裂检测、料位检测、堵料检测、皮带秤等。根据系统设备分布广、距离远，实时性要求高等特点，特别是为了以后可直接接入全矿自动化监控网络中，我们选用CAN现场总线来构建系统网络。每条胶带或胶带附属设备使用一台现场控制分站进行相对独立的测控，所有现场信号直接进入现场控制分站，由控制分站再将信号汇集到上位计算机中，控制信号通过现场的电气控制柜驱动现场胶带运输线上的各种电气设备。整个系统中所有控制分站通过CAN总线与地面上的主控计算机连接，主控计算机可以对整条胶带运输线进行监控管理。上位机软件和下位机软件互为复核。整个系统的结构如图2所示。针对现场实际情况，可为每一条胶带或者按需要分配给一个分站，用多功能信控装置完成分站的任务，实现现场信号采集和控制指令的下达。运输系统全线按需要安装各种传感器，对胶带跑偏、打滑、烟雾、超温、堆煤、张力超限等故障进行实时监测，监测信息由主控芯片分析处理，出现故障时立即做出相应。采用CAN总线，可将多达99台信控装置纳入网络中。
4、胶带机控制装置设计
带式输送机控制装置是专门为井下带式输送机开发的一种多功能�；ず托藕糯�、控制装置。在带式输送机运行过程中若出现皮带跑偏、带速过高或过低、张力过大或过小、皮带撕裂、堆煤、烟雾、温度过高、人工急停等情况时，该装置自动切断电源使其停止运行，实现保护，输送机运行过程中，在运输胶带沿线（一般是几百米至一千多米长），都可以听到语音提示。紧急情况下，可在沿线实现人工急停，也可以通过装置自带的语音对话功能与沿线其它操作点进行通话。
4.1装置的技术特点
(1)采用隔爆兼本质安全设计，适用于含有瓦斯及燃爆性气体环境；
(2)不仅可以对带式输送机提供跑偏／急停／打滑／超速／温度／烟雾／撕裂等�；ぃ箍梢远云ご帕屑觳�，超限时提供�；�；
(3)采用汉字液晶显示器，全部操作由汉字提示，直观反映现场设备运行状况和操作指令类型；
(4)使用数字语音合成技术，用语音的方式将播放胶带运行状态，并在皮带沿线循环播放，操作人员可通过语音掌握胶带运行实时状况；
(5)当产生急�；蚬收媳；な�，真人发声语音提示出几号胶带机急停或故障设备位置，帮助操作员进行有针对性的处理。
4.2控制装置硬件设计
控制装置主体由CPLD主处理�？�、A/D转换�？�、D/A转换模块、语音报警�？�，液晶显示�？榈茸槌�。主处理模块部分电路如图3所示。整个装置以数字电路为核心，形成具有打点、通信、急停、声光语言报警于一体的多功能控制设备。
图4为控制装置安装图，整个装置由隔爆腔和本安腔作外壳，满足井下环境使用。装置配由专用电源模块供电，供电电压127V或36V，每台装置配一部电铃，按下装置操作面板上的“打点”按钮，本机打点指示黄灯闪亮，喇叭发出“滴滴……”的声音，同时电铃也发出声响，且将打点信号传到外线（信号线）上；按下“通话”按钮，对话筒讲话，本机喇叭发出微弱的声音，同时将语音传到外线（信号线）上。其它台可以听到本台的传话，松开通话按钮，可以听到其它台的传话；按下“急停”按钮，本机急停指示红灯亮，并通过急停线将急停信号（本安无源接点）传送到其它被控设备，同时发出设定好的语言报警声音，报出故障位置。
故障报警工作过程是通过接口将现场各种传感器信号采集进控制装置内部，先由A/D转换�？榻行藕抛�，进入主处理模块，和程序预置值进行比较，当异常发生时，立即驱动故障处理模块和语音�？椋鼻肮收闲畔⒉シ诺浇捍叵�，并将故障显示在液晶显示屏上，当严重故障发生时，整个胶带系统依顺煤流原则停机。待检修完毕初始化无误时再次正常开机。
4.3控制软件设计
控制装置的核心是CPLD芯片，现场数据采集、信号处理及刷新输出均由其控制，程序主要包括现场信号采集、显示刷新、控制运算、控制输出、报警、通讯处理等。主程序流程见图5。本装置最大的特点是语音提示，由于对语音处理功能提出较高的要求，现场设备运行的各种状况都和语音输出联系起来，在全线语音广播。同时，控制装置采集到的所有信息可上传至地面，上位计算机通过组态软件MCGS，实时画面显示现场设备状况。
5、结论
通过对整个胶带系统各部分数据连接及通讯技术的合理综合运用，实现了更为先进、复杂的监控管理功能，这使一些原来不能用计算机实现的传统生产管理方式，以新的形式在自动化控制领域得到应用，使生产管理水平得到很大的提高，同时，为企业传统的生产管理模式的改进提供了新的手段和方式。本系统通过开控制装置，使分散的现场设备易于组成监控系统，既满足了全系统运行，又可以灵活控制单一胶带运行。设备运行的各种状况通过语音在全线播放，实现信息畅通，避免了因信息不对称造成安全事故。
该系统已在平煤集团多个矿井原煤输送系统中推广应用，取得了明显的经济和社会效益，受到了好评。
