矿用电子皮带秤井下计量仪表的设计.pdf

第1 9 卷第1 I 期 电子设计工程 2 0 1 1 年6 月 』堂兰坠些一一三兰 竺竺竺坐 竺 竺坚 竺婴 L ． 矿用电子皮带秤井下计量仪表的设计 郝伟栋．车i 宏禹琳蛛 女＆4 i 女} 镕 1 8 } ＆ 自t 月0 3 0 0 2 4 摘l * T { t P 目t 十t 帚* m 目 p ，* iT * t t m * 4 { 自 ∞ 质女女■* t H ．十≈T * t H mS N 5 ] B C l 8 4 №4 nR 斛8 5 m * t ≈ “C S 5 5 3 2 * t ，￡* ∞t t { t 4 ．“ⅡfA S C I I * 日 } n * * 日} * M ”≯R S 4 8 5 { m H 序 ”B 4 “ C S 5 5 3 2 ∞拳＆B 1 “ * * ．{ “ ≈T * t H 曩十 H { t * 目＆“ 、1 Ⅱ自* | t 。日 n “* ＆ n l ”．i t t H 表H n n ￡“十托Ⅱ* ，№ * * m 4 } { { * ．々m ”女求， * ■目r m t } ￡ } H { ■C S 5 5 3 2 * } H 中目分类号T P 2 7 4 女■标* 日A女章■号1 6 7 4 _ 6 2 3 6 2 0 1 1 1 1 』0 5 7 - 0 3 D e s i g no fe l e c t r o n i cb e l tw e i g h i n gi n s t r u m e n ti nc o a lm i n e H A OW e i _ ] o n gL Il a - h o n gHL t h - l i n c 批 嘶l 咖㈣E n 咖e r l n gT e i y w * U ⋯i y 时T t n h ∞l o g y T 由一0 3 0 0 2 4c h 踟 A b s t r a c tI no d e rI op ”v i d e ∞⋯e n ㈣m a i n l a i ne 1 ％I ⋯h I Ii nc 砌m i n e ，m ew e i 吐t ”El m I ⋯n ⋯d e v e l o p e d t h a tc o m b i n c de l e e t f i e dd e s i g n ∞de x p l m i o n p 渤f 慨h n n 峙J h cw e l g h i n gl 枷⋯Ic ㈣㈨n ，I [ m tt h el I S 4 8 5 c o m m u N ] c a [ i o nc i n u i t Ⅲo nS N 7 5 L B C l 9 4 ．t h ew e i n to fs i “ a l “．q u i s h i o n ⋯u nb a s e do nC 5 5 5 3 2 ，d ∞’“ “I h el o w ⋯m I cb a s e do nA s c l Ic o d ⋯o d e ∞di nm⋯KS485 I n I o n ，d e s i 口。d ％o fR S 4 8 5 ⋯n ⋯a “o “p ”g 。帅， p e I ⋯小p m I l o n 蚰d i n i t i a l i z a t i o no f C S 5 5 3 2 ．i n t , Ⅸl u c e sb 兀e n y t h ed ∞i t w ，w o r k i n gp n n e i p l e 拍dp a c k eo fZ e n ￡r s a f e t yb a m e r “ I n et e s t 瑚u 】I 。fN m I o n ■E x p l ∞i o n - 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0 S 5 5 3 2．『 7 R E F V D O S C l1 ， 1 、一F ，N C ％玑ⅦF IT vREF-0SC2 A I N I C I 塑一I A I N I C 2 瓣羲 S 3 0 0 0 c 出” mD t I C 5 ●雕 【5 7西 4 72 上士、 “ O A V C C r E kiN2DGND V A S R 2 8 c - - F 乙Z∑ A I N 2 - D D i2 i 溉0 ．i l pF专．- A O S D C S D I 舟I A I V A 4 -S C L K R32 A V C C 图3 重量信号采集电路 F i g ．3W e i g h t0 ft h es i g n 且Ia c q u i s i t i o nc i r c u i t C S 5 5 3 2 在启动时有2 0 脚延迟．2 0m 8 之后再对其进行 初始化。由于C S 5 5 3 2 不能上电复位。所以需要处理器通过 A D C 串口发送初始化序列，即至少1 5 个S Y N C l 0 】【F F 命令 字节和1 个S Y N C O O x F E 命令字节．使A D C 串口进人命令 模式。然后设置配置寄存器的R s 位。完成芯片复位弭。 C S 5 5 3 2 初始化代码如下 v o i dC S 5 5 3 2 _ i n i t I u l o n gu 3 2 _ t e m p l ； - 5 8 - D 0 D I C L I u c h a ru 8 _ t e m p l ； f o r u 8 _ t e m p l 5 0 ；u 8 _ t e m p l 0 ；u S _ m m p l - - w r i t e _ c s 5 5 3 2 _ b y t e S Y N C l ；1 w r i t e _ c s 5 5 3 2 _ b y t e S Y N C O ；，，初始化C S 5 5 3 2 串行接口 w r i t e _ ．c s 5 5 3 2 _ c o n f i g O x 2 0 0 0 0 0 0 0 ； ／／1 3 0 1 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0R S l D e h y _ u s 2 0 0 ； ，／延时至少2 0 岬 w r i t e _ _ e s 5 5 3 2 _ c o n f i g O ；，，0 0 0 0O O O OO O O O0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0R S O 万方数据 都伟栋。等矿用电子皮带秤井下计量仪表的设计 图4R S 4 8 5 通讯程序流程图 F i g ．4 F l o wc h a r to fR S 4 8 5c o m m u n i c a t i o np r o g r a m r e a d _ c s 5 5 3 2 _ c o n f i g u 3 2 _ t e m p l ； ，，初始化参 考电压模式以及配置寄存器中的其他位 u 3 2 _ t e m p l 0 x 0 2 0 8 0 0 0 0 ； ／1 0 0 0 00 0 1 00 0 0 0 1 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 V R S l F R S 1 w r i t e _ c s 5 5 3 2c o n f i g u 3 2 _ t e m p l ；，，配置寄存器 o o o o0 0 10 00 001O o o0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 w r i t e _ c s 5 5 3 2 _ ．g a i n _ _ r e g 1 ，O x 0 8 0 0 0 0 0 0 ；∥总放走倍数为8 3 2 w r i t e _ e s 5 5 3 2 _ C H s e t u p 1 ，0 x 2 9 C 0 ； ／／选择物理通道l s t a r t _ e s 5 5 3 2 1 ，1 ；／，开始转换 l 计量仪表的称重传感器接口采用并联接人设计。这种设 计可以增强重量信号采集电路的抗干扰能力。另外。与串联 设计相比。并联接入设计可以避免因个别称重传感器损坏而 导致计量仪表采集不到数据的问题。称重传感器采用5V 供 电，精度为2m V ／V ．满量程输出为1 0m V 。C S 5 5 3 2 可测量的 满量程输入信号的范围由增益设定和V R E F 、V R E F 一决定． 计算公式为 V R E F 一 V R E F - ／ G x A ，其中C 为增益放 大器的系数，V R E F 和V R E F 一分别为参考电压的正和负。A 的值由参考电压选择位V R S 决定。当V R S 设为0 时。A 2 。当 V R S 设为l 时，A l 闱。重量信号采集电路参考电压设计为2 5V ． 即V R E F 为2 ．5V ，V R E F 一为0V ．C S 5 5 3 2 初始化程序设定 V R S 为1 ，A l ，增益G 设置为2 5 6 ，所以C S 5 5 3 2 可测量满量 程输入范围为2 ．5 ／2 5 6 * 9 ．7m V 。因矿用电子皮带秤根据最大 流量选配称重传感器时都会有一定裕量．即矿用电子皮带秤 最大流量时称重传感器输出不会超过9m V 。所以C S 5 5 3 2 的 参数配置可以满足矿用电子皮带秤测量精度的要求。 4 安全设计 计量仪表采取了多种防爆措施。防爆型式是本质安全 型。计量仪表通讯回路采用齐纳式安全栅电路将本安端和非 本安端进行隔离，如图5 所示。足，选用l OQ 、0 ．5W ‘的金属厚 膜电阻，用于限制可能流过本安电路的电流，4 只齐纳二极管 Z 。～z 2 组成双重过压保护电路进行限压。在正常操作条件下。 非本安端之间所加的电压低于最高工作电压U m a x 更低于 齐纳二极管的击穿电压 ，此时齐纳二极管处于不导通状态。 除有极微小的漏电流以外。其为。开路”状态．当非本安端发 生故障。例如混入高电压时，使齐纳二极管反向击穿，呈“导 通”状态．此时齐纳二极管把混入的高电压限制在齐纳电压 上四。因齐纳二极管导通，其电流急剧上升，熔断器瞬时熔断， 切断了流向现场的高电压．防止了高电压引爆现场爆炸性物 质的危险，保护了现场设备及人员的安全。为防止齐纳二极 管和走线短路，齐纳二极管下面禁止布线。一方面保证系统 的安全防爆特性，另一方面增强系统的抗干扰能力。从而提 高系统运行的可靠性旧。 ⋯⋯⋯．．曼冬蔓譬妻彗⋯⋯⋯⋯ ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 图5 安全栅电路 F i g ．5 S a f e t yb a l T i e rc i r c u i t 为防止检修或替换影响本质安全性能的任何单元。用 W C C 一8 7 阻燃性环氧树脂将安全栅全部灌封。W C C 一8 7 阻燃 性环氧树脂的组分树脂 包括阻燃剂 和固化剂配比为 1 0 0 2 ，粘度为9 5 0 1 0 0 厘波，灌封部位应除灰尘和杂质，保 持干燥，灌封料液面需超过安全栅3m m 。灌封后在室温搁置 4h ，再放入恒温箱 8 0 ℃ 固化4h ，灌封料表面须无凸起、裂 纹和泡孔现象1 5 1 。 5 结束语 计量仪表将信号采集、数据处理、远程传输和防爆技术 应用到设计中，在生产过程中，计量仪表电路板要涂覆至少 两次三防漆。以有效地防潮防尘防静电。出厂前要进行严格 的检验。包括外观及结构检查、主要技术指标测试、工作稳 定性试验、电源波动能力试验、绝缘电阻测试和工频耐压试 验同。经测试，计量仪表重量信号零点温度性能为 0 ．5v L V ／。C 。 重量信号满量程温度性能 1 5p p m ／6 C 。重量信号线性度误 差 0 ．0 2 ％F ．S ．经国家防爆检验机构特定的电路分析测试 认证。设计本安参数为眙5 ．8V ，忙1 ．4A ，厶 0 ，G 4 0 斗F 。 参考文献 【l 】季国林．基于s ．I M 3 2 的矿用电子皮带秤仪表的设计【D 】．太 原太原理工大学。2 0 l O ． 下转第“页 - 5 9 - 万方数据 电子设计工程／2 0 1 1 年第1 1 期 【q 古孝鸿．关于“对‘用常数阵实现对角优势的条件和算法’一 文的商榷”的答复叨．控制理论与应用，1 9 9 2 ，9 5 5 6 7 - 5 6 8 ． G UX i a o - h o n g ．R e p l yt od i s c u s s i o no f “t h ec o n d i t i o na n dt h e a l g o r i t h mf o ra c h i e v i n gd i a g o n a ld o m i n a n c ew i t I lac o n s t a n t c o m p e n s a t o r ”们．C o n t r o lT h e o r ya n dA p p l i c a t i o n s ，1 9 9 2 ，9 5 5 6 7 - 5 6 8 ． 【7 】毛维杰，孙优贤．伪对角化方法的扩展及其实现叨．控制理 论与应用，1 9 9 7 ，1 4 6 8 8 3 8 8 6 ． M A OW e i - j i e ，S U NY o u - x i a n ．E x t e n s i o na n dr e l a t e dr e a l i z a t i o n o ft h ep s e u d o - d i a g o n a l i z a t i o nm e t h o d 叨．C o n t r o lT h e o r ya n d A p p l i c a t i o n s 。1 9 9 7 。1 4 6 8 8 3 8 8 6 ． 【8 】H a w k i n sDJ ．P s c u d o d i a g o n a l i s a t i o na n dt h ei n v e r s e - n y q u i s t a r r a ym e t h o d [ J ] ．P r o c ．I E E ，1 9 7 2 1 1 9 3 3 7 - 3 4 2 ． 【9 】J o h n s o nMA ．D i a g o n a ld o m i n a n c ea n dt h em e t h o do f p s e u d o d i a - g o n a l i s a t i o n [ J ] ．P r o c ．I E E 。1 9 7 9 1 2 6 1 0 11 - 1 0 1 7 ． 【1 0 ] W a n gSL ，K a iPG ．D e s i g no fd i a g o n a ld o m i n a n c eb ye o m p e n s a t o r 忉．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fC o n t r o l ，1 9 8 3 ，3 8 I 2 2 1 - 2 2 7 ． 【I I 】高黛陵，昊麒．多变量频率域控制理论[ M 】．北京清华大学 出版社。1 9 9 8 1 6 0 - 1 6 1 ， 【1 2 】倪国熙．常用的矩阵理论和方法【M 】．上海上海科学出版 社．1 9 8 4 1 1 5 一1 1 7 ． 【1 3 】鲍远律．多变量系统频城设计技术及C A D ．第三讲对角优 势化阴．国外自动化，1 9 8 4 ，6 5 4 3 - - 4 8 ． B A OY u a n - I v ．M u l t i v a r i a b l es y s t e m sf r e q u e n c yc i t yd e s i g n t e c h n o l o g ya n dC A D ．T h et l l i r dl e c t u r e d i a g o n a ld o m i n a n c e 叨．F o r e i g nA u t o m a t i o n ，1 9 8 4 ，6 5 4 3 - 4 8 ． 上接第5 9 页 【2 】季国林，李丽宏．煤炭产量远程监测装置的设计与应用田． 电子设计工程，2 0 1 0 ，1 8 8 6 4 - 6 7 ． J IG u o - l i n ．L IL i - h o n g ．D e s i g na n da p p l i c a t i o no fc o a lr e m o t e m o n i t o r i n gd e v i c e 阴．E l e c t r o n i cD e s i g nE n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ，1 8 8 6 4 - 6 7 ． 【3 】徐建平．“防爆安全技术讲座”第l O 讲安全橱与安全仪表安 全参数的确定叨．自动化仪表，2 0 0 8 ，2 9 1 2 7 5 7 9 ． 一 X U J i a n - p i n g ．L e c t u r eo n “T e c h n o l o g yo fE x p l o s i o nP r o t e c t i o n a n dS a f e t y ”C h a p t e rXD e t e r m i n i n gP a r a m e t e r so fS a f e t y B a r r i e r sa n dS a f e t yI n s t r u m e n t sf J l ．P r o c 嘲A u t o m a t i o n I n s t r u m e n t a t i o n ，2 0 0 8 ．2 9 1 2 7 5 7 9 ． [ 4 1s i l i c o nV a l l e y C i r r u sb g i c 【E B ／O L 】．2 0 0 7 2 0 11 ．h t t p ／1 w w w ． c i r r u s ．e o m ／c r 4 p r o d u c t s ／c s 5 5 31 - 3 2 - 3 3 - 3 4 ．h t m l ． 【5 】G B 3 8 3 6 ．4 2 0 0 0 爆炸性气体环境用电气设备第4 部分本 质安全型“i ．【S 】．北京中国标准出版社，2 0 0 0 ． 【6 1G B 3 8 3 6 ．1 2 0 0 0 爆炸性气体环境用电器设备第l 部分通 用要求【S 】．北京中国标准出版社，2 0 0 0 ． 统一架构有助实现可扩展性和提高工作效率 公所有赛灵思7 系列F P G A 均基于高性能、低功耗 H P L 2 8 n m 工艺制造而成。全部采用相同的统一架构。这项创新促进 了A r t i L 7 、K i n t e 啊- 7 和V i R e x 一7 系列之间的设计迁移。系统制造商能够轻松地扩展成功设计．进军要求更低成本和功耗或 更高性能和功能的临近市场。通过在支持即插即用F P G A 设计的互连战略中集成A M B A4A X l 4 规范，可帮助实现伊重复使 用性、可移植性和可预测性。最终进一步提高工作效率。 I n t e r s i l 公司近日宣布．推出一款新型电流模式P W M 控制器I S L 6 7 2 6 。谊器件通过功能集成和减少元件数量来帮助简 化设计。此外。I S L 6 7 2 6 还通过可降低外部元件电压应力的独特占空比箝位功能提升了电路可靠性。谊器件非常适合应用于那 些需要隔离式有源箍位正激和非对称半桥转换器拓扑的应用。如电信和数据通信设备的电源系统。 为提升可靠性。I S L 6 7 2 6 同时支持可调节峰值电流限制及平均电流限制保护方法。结合使用两种保护方法可确保输出电 流始终在安全工作电流范围之内。在需要并行或冗余转换器的应用以及诸如电池充电器或L E D 驱动器等恒定电流应用中。平 均电流限制方法可提供稳定的过栽运行。为提升在同步整流器应用中的可靠性。该控制器可通过箝制最小占空比来保护开关 元件。这可以防止负裁瞬变期间产生过大的负电感电流。 对于高功率应用，I S L 6 7 2 6 提供了支持设计复用的灵活和可扩展的解决方案。I S L 6 7 2 6 包括一个双向同步选项。通过1 8 0 0 相移来支持交错式拓扑。交错式拓扑可降低输入R M S 电流和简化散热管理。该控制器还包括软启动和软关断功能。帮助在启 动和关断过程中限制电气应力。 该控制器支持有潭箝位正激拓扑设计．这有助于在需要变压器隔离式D C ，D C 转换器的应用中提高转换效率。 I S L 6 7 2 6 通过提供精确的占空比和死区时间控制进一步提升了效率．使设计人员能够使用更小的功率元件来最大限度 减小板卡空间。咨询编号2 0 1 1 1 1 1 0 0 4 6 4 万方数据 矿用电子皮带秤井下计量仪表的设计矿用电子皮带秤井下计量仪表的设计 作者郝伟栋， 李丽宏， 禹琳琳， HAO Wei-dong， LI Li-hong， YU Lin-lin 作者单位太原理工大学信息工程学院,山西太原,030024 刊名 电子设计工程 英文刊名ELECTRONIC DESIGN ENGINEERING 年，卷期2011,1911 本文链接