礦用電子皮帶秤井下計量儀表的設計

摘要：為了方便礦用電子皮帶秤現(xiàn)場堆護，開發(fā)了將電氣設計和防爆技術相結合的本質(zhì)安全型計量儀表。介紹了計量儀表以SN75LBC184構建的RS485通訊電路和以CS5532為基礎設計的重量信號采集電路，以及基于ASCII編碼方式的低誤碼率數(shù)據(jù)幀設計方法、RS485通訊程序的設計思路以及CS5532的參數(shù)配置和初始化，簡要介紹了計量儀表中齊納式安全柵的設計、工作原理和灌封。國家檢驗機構檢驗結果表明，計量儀表性能穩(wěn)定、抗干擾性能好，能夠有效實現(xiàn)防爆。符合本安系統(tǒng)的設計要求。
關鍵詞：礦用電子皮帶秤；齊納式安全柵；CS5532；計量儀表

信息化建設是未來煤礦工作的主題。目前，各種關于工業(yè)現(xiàn)場安全性問題的強制性法律法規(guī)亦相繼出臺，礦用計量監(jiān)測產(chǎn)品相繼成為礦用產(chǎn)品領域的焦點。礦用電子皮帶秤是煤礦生產(chǎn)計量和監(jiān)測的主要工具，組成結構分為復合式配置和本質(zhì)安全型配置。復合式配量是指將數(shù)據(jù)采集和傳輸部分安裝在井下皮帶秤現(xiàn)場，計量儀表安裝在井上的調(diào)度室。這種組成結構在皮帶秤調(diào)零、標定時需要通過電話與調(diào)度室聯(lián)系，同時現(xiàn)場需維護的環(huán)節(jié)較多。而本質(zhì)安全型配置是指將數(shù)據(jù)采集和計量儀表設計在一起安裝在皮帶秤旁邊，操作和維護方便。

1 礦用電子皮帶秤組成
礦用電子皮帶秤由秤架(固定架和懸浮架)、稱重傳感器、速度傳感器、計量儀表和隔爆兼本安直流穩(wěn)壓電源5部分組成。一般為了方便統(tǒng)計計量數(shù)據(jù)，還會在煤礦調(diào)度室增加一套上位機軟件和打印機。礦用電子皮帶秤組成結構如圖1所示。

礦用電子皮帶秤各組成部分均為本安型或隔爆兼本安型設計，可以工作在有爆炸性氣體或粉塵的危險環(huán)境內(nèi)。計量儀表采集稱重傳感器和速度傳感器信號，運算處理后經(jīng)過通訊模塊發(fā)送給上位機。計量儀表支持以太網(wǎng)和RS485通訊方式，通過液晶顯示器和鍵盤完成人機交互。

2 電氣設計
計量儀表以STM32F103VB處理器為硬件核心，擴展了以太網(wǎng)接口、RS485通訊接口、頻率采集、AD、開關量采集、實時時鐘、液晶顯示器、紅外遙控囂接口和鍵盤。RS485通訊接口選用SN75LBC184，它具有較強的抗雷擊能力，對一些環(huán)境此較惡劣的現(xiàn)場，可直接與傳輸線相接而不需要任何外加保護元件，為了增強儀表的抗干擾能力，選用TLP521將處理器和SN75LBC184進行隔離，選用DC／DC模塊IB0505將SN75LBC1 84的供電電源與儀表主電路電源隔離。D1～D4為穩(wěn)壓二極管，D1和D3的穩(wěn)壓值為12V，D2和D4的穩(wěn)壓值為7V，以保證將信號幅值限定在-7～12 V之間，提高抗過壓的能力。R21是一個線路匹配電阻，可以減少線路上傳輸信號的反射，電路設計如圖2所示。