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場堆護，開發了將電氣設計和防爆技術相結合的本質安全型計量儀表。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據幀設計方法、RS485通訊程序的設計思路以及CS5532的參數配置和初始化，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，計量儀表性能穩定、抗干擾性能好，能夠有效實現防爆。符合本安系統的設計要求。
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，各種關于工業現場安全性問題的強制性法律法規亦相繼出臺，礦用計量監測產品相繼成為礦用產品領域的焦點。礦用電子皮帶秤是煤礦生產計量和監測的主要工具，組成結構分為復合式配置和本質安全型配置。復合式配量是指將數據采集和傳輸部分安裝在井下皮帶秤現場，計量儀表安裝在井上的調度室。這種組成結構在皮帶秤調零、標定時需要通過電話與調度室聯系，同時現場需維護的環節較多。而本質安全型配置是指將數據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壓電源5部分組成。一般為了方便統計計量數據，還會在煤礦調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境內。計量儀表采集稱重傳感器和速度傳感器信號，運算處理后經過通訊模塊發送給上位機。計量儀表支持以太網和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，對一些環境此較惡劣的現場，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為穩壓二極管，D1和D3的穩壓值為12V，D2和D4的穩壓值為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。