矿用电子皮带秤井下计量仪表的设计

摘要：为了方便矿用电子皮带秤现场堆护，开发了将电气设计和防爆技术相结合的本质安全型计量仪表。介绍了计量仪表以SN75LBC184构建的RS485通讯电路和以CS5532为基础设计的重量信号采集电路，以及基于ASCII编码方式的低误码率数据帧设计方法、RS485通讯程序的设计思路以及CS5532的参数配置和初始化，简要介绍了计量仪表中齐纳式安全栅的设计、工作原理和灌封。国家检验机构检验结果表明，计量仪表性能稳定、抗干扰性能好，能够有效实现防爆。符合本安系统的设计要求。
关键词：矿用电子皮带秤；齐纳式安全栅；CS5532；计量仪表

信息化建设是未来煤矿工作的主题。目前，各种关于工业现场安全性问题的强制性法律法规亦相继出台，矿用计量监测产品相继成为矿用产品领域的焦点。矿用电子皮带秤是煤矿生产计量和监测的主要工具，组成结构分为复合式配置和本质安全型配置。复合式配量是指将数据采集和传输部分安装在井下皮带秤现场，计量仪表安装在井上的调度室。这种组成结构在皮带秤调零、标定时需要通过电话与调度室联系，同时现场需维护的环节较多。而本质安全型配置是指将数据采集和计量仪表设计在一起安装在皮带秤旁边，操作和维护方便。

1 矿用电子皮带秤组成
矿用电子皮带秤由秤架(固定架和悬浮架)、称重传感器、速度传感器、计量仪表和隔爆兼本安直流稳压电源5部分组成。一般为了方便统计计量数据，还会在煤矿调度室增加一套上位机软件和打印机。矿用电子皮带秤组成结构如图1所示。

矿用电子皮带秤各组成部分均为本安型或隔爆兼本安型设计，可以工作在有爆炸性气体或粉尘的危险环境内。计量仪表采集称重传感器和速度传感器信号，运算处理后经过通讯模块发送给上位机。计量仪表支持以太网和RS485通讯方式，通过液晶显示器和键盘完成人机交互。

2 电气设计
计量仪表以STM32F103VB处理器为硬件核心，扩展了以太网接口、RS485通讯接口、频率采集、AD、开关量采集、实时时钟、液晶显示器、红外遥控嚣接口和键盘。RS485通讯接口选用SN75LBC184，它具有较强的抗雷击能力，对一些环境此较恶劣的现场，可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件，为了增强仪表的抗干扰能力，选用TLP521将处理器和SN75LBC184进行隔离，选用DC／DC模块IB0505将SN75LBC1 84的供电电源与仪表主电路电源隔离。D1～D4为稳压二极管，D1和D3的稳压值为12V，D2和D4的稳压值为7V，以保证将信号幅值限定在-7～12 V之间，提高抗过压的能力。R21是一个线路匹配电阻，可以减少线路上传输信号的反射，电路设计如图2所示。