1、引 言
随着计算机控制技术的快速发展，应用于工业控制系统的智能化测控仪表成为主要的发展趋势。由于单片机具有成本低、可靠性高、应用灵活等特点，因而基于单片机的智能仪表也成为相关行业研究的重点。
目前皮带输送机保护技术不太成熟，通常靠不断检修来减少断带、柱销等事故，但检修不能完全避免皮带断带下滑而造成的恶性事故的发生。如何提前预警皮带机组的故障，尽量把故障控制在萌芽状态、对皮带进行实时保护尤其重要。基于九江石化目前皮带输送机的状况，我们设计了一种包括采集、分析和处理电机的多种运行参数的智能仪表，成功实现了对皮带牵引电机的有效保护与控制。
2、智能仪表硬件构成
智能仪表由主控制板、键盘显示板和接口板三部分构成。主控制板的核心是采用TI公司的MSP430单片机，完成信号的采集、处理与记录等功能；键盘显示板完成人机交互功能；接口板采集输入信号，控制信号输出和数据通信等功能。仪表硬件结构如图1所示：
3、智能仪表的特点
3.1 采用性能优良的微控制器MSP430F149
MSP430系列单片机是美国德州仪器(TI)1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器( Mixed Signal Processor)Ell。MSP430F-149的电源电压采用1.8-3 6V低电压，RAM数据保持方式下耗电仅0.1A；16位RISC结构，120ns指令周期；有丰富的外围资源，具有12位200Ksps的A/D转换器，3个捕获／比较寄存器的16位定时器Timer—A，Timer_B，两通道串行通信接口可用于异步或同步( UARTISPI)模式，6个8位并行端口，且2个8位端口有中断能力；有多达60KB FLASH ROM和2KB RAM，具有串行在线编程和保密熔丝的程序代码保护功能，修改程序十分方便。
3.2具有强大的数据采集、处理等功能
(1)数据采集子系统：主要由电压传感器、电流传感器、温度传感器、振动传感器和速度传感器等组成。在皮带电机的运行过程中，实时测量并采集电机的三相电流、三相线电压、前轴温度、后轴温度、转速和不同位置的振动强度，把非电量的运行参数转换为标准的电压、电流信号，通过MSP430F149自带的A/D采样通道，转换为对应的电机参数并且在屏幕上进行动态显示。
(2)1/0子系统：主要由各种容量的输出、输入继电器组成。负责执行CPU所发出的控制指令，并驱动对应的执行机构进行动作。也通过输入继电器，接受其它设备发出的控制信号。根据电机故障类型（过载、过流、欠流、堵转、三相不平衡、断相、过压、欠压、短路），发出声光报警信号并实现电机的连锁保护控制，提醒操作人员处理；为仪表设计了6路DI和7路DO，如此丰富的开关量输入输出接口不仅能满足在皮带机组保护系统中的应用，在其它场合的应用中也可以满足其要求，扩展功能十分强大。所有的输入信号都要通过光耦隔离，起到保护单片机和抗干扰的作用，所有的输出信号都由三极管驱动继电器的线圈，控制继电器的常开、常闭。
3.3具有丰富的显示、调节参数功能
键盘输入和显示子系统主要由小键盘、多组LED组成。进行显示各种运行参数和状态量，采用小键盘可以对仪器运行参数进行设置和修改。仪表显示部分采用静态显示，为了节约单片机资源，采用了带选通功能的串转并芯片4094作为显示驱动器件，这样10位数码管显示只占用了3根单片机I/O线资源。通过小键盘的设定可以轮流或固定显示采集到的电压、电流、速度等，具有设置电压上下限、电流上下限、速度上下限、低速度报警持续时间、低电流持续时间报警输出、高电流持续时间报警输出、报警记录查询等45项功能。显示部分的原理如图2所示。
3.4与上位机通讯方便、数据传输可靠
人机交互功能通讯子系统主要由SCI接口构成，软件采用移植ADAM5000的通讯协议，通过RS485总线实现了上位机与智能仪表的AD、DI、DO的参数传输和遥控功能。MSP430F149有两个SCI串行通信口，它们是采用双线通信的异步串行通信接口，即通常所说的UART口。利用其中的一个UART串行通信口实现与上位机的通信，通信采用标准RS - 485接口。RS - 485总线具有技术成熟、传输速率高、传输距离远、可靠性高、成本低的特点，但是RS - 485不能直接与计算机接口，需要采用一个接口芯片将TTL电平转换为RS485接口电平，在实际应用中采用的是MAX485
芯片来实现接口。具体接口电路如图3所示。
4、智能仪表软件设计
软件分为初始化模块，定时器中断模块，信号采样模块，按键显示模块，数据处理模块，输出控制模块，参数读写模块，通信模块。系统软件的流程图如图4．
5、结束语
本文利用MSP430单片机功能强大、功耗低的优点，设计了一种包括采集、分析和处理电机的多种运行参数的智能仪表，实现了对牵引皮带输送机的有效保护。该智能仪表已成功应用于九江石化燃运输煤皮带控制系统的改造项目中，运行性能良好。如果对仪表稍加扩充就可以应用于别的控制系统中，具有较高的推广价值。
三门峡富通新能源销售皮带输送机、刮板式输送机、颗粒机、木屑颗粒机等机械设备。
