皮帶機(jī)智能監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喬　奇（淮南礦業(yè)集團(tuán)選煤分公司張集選煤一廠,安徽 淮南 232001）

皮帶機(jī)智能監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喬奇
（淮南礦業(yè)集團(tuán)選煤分公司張集選煤一廠,安徽 淮南 232001）

本文利用stm32單片機(jī)與各類傳感器的組合設(shè)計(jì)出了一套皮帶輸送機(jī)智能檢測保護(hù)裝置，并給出了該系統(tǒng)具體的軟硬件設(shè)計(jì)方案。該裝置對礦用皮帶輸送機(jī)的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以有效處理選煤廠皮帶運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的跑偏、撕裂、打滑、過載等一系列問題，節(jié)約修整成本。

stm32；皮帶輸送機(jī)；監(jiān)測保護(hù)

1　引言

皮帶輸送機(jī)又簡稱為皮帶機(jī)，因?yàn)槠涫褂玫撵`活性以及高效率的輸送，為散裝物料的輸送提供了有效手段，在生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。特別在勞動(dòng)強(qiáng)度很大的選煤生產(chǎn)中，皮帶機(jī)更是頻繁使用。選煤廠皮帶機(jī)運(yùn)輸線路長、使用環(huán)境惡劣，一旦出現(xiàn)問題，不便于人工監(jiān)測和檢修。這樣便會延誤生產(chǎn)，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。甚至影響到員工的生命安全。因此，如何將皮帶機(jī)故障消滅在萌芽里至關(guān)重要。

皮帶機(jī)容易出現(xiàn)的問題主要有跑偏、撕裂、打滑、過載等等。針對這些問題設(shè)計(jì)的智能監(jiān)測保護(hù)裝置能夠及時(shí)檢測到問題所在，并能通過聲光報(bào)警準(zhǔn)確有效地反應(yīng)出來。本系統(tǒng)以stm32單片機(jī)為核心，配以LCD液晶顯示屏、ISD4000語音芯片以及其他各類傳感器，來完成皮帶機(jī)的綜合保護(hù)。提高了生產(chǎn)安全，降低了維修成本[1]。

2　系統(tǒng)性能分析

皮帶機(jī)出現(xiàn)的故障有多種，檢測裝置需要對不同的故障做出不同的處理。在選煤廠皮帶機(jī)智能監(jiān)測保護(hù)裝置設(shè)計(jì)中，主要有正常運(yùn)行、強(qiáng)制運(yùn)行和停車控制三種工作方式供用戶選擇。

正常運(yùn)行是皮帶保護(hù)裝置的正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)上電之后立即進(jìn)入開機(jī)檢測狀態(tài)，監(jiān)測保護(hù)裝置啟動(dòng)，各傳感器開始自檢并向控制中心匯報(bào)數(shù)據(jù)，一切正常則啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行模式。強(qiáng)制運(yùn)行是指系統(tǒng)上電之后皮帶機(jī)立即進(jìn)入運(yùn)行模式，各類傳感器不工作，監(jiān)測保護(hù)裝置關(guān)閉。停車控制有兩種狀態(tài)，一種是開機(jī)檢測時(shí)的傳感器異常，另一種是正常運(yùn)行下皮帶機(jī)發(fā)生的某些不可逆故障。兩種情況均會發(fā)出聲光報(bào)警，并會在LCD顯示屏顯示故障類型。

皮帶機(jī)常見的故障有撕裂、打滑、過載、跑偏、超溫、煙霧等等[2]。皮帶機(jī)的撕裂、打滑、過載等多種異常運(yùn)行狀態(tài)都可以通過檢測皮帶速度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩來檢測。因此，皮帶速度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩成為皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)狀態(tài)檢測的重要信號特征量。皮帶運(yùn)輸機(jī)皮帶跑偏信號的檢測通常是跑偏開關(guān)來檢測，當(dāng)檢測到皮帶跑偏時(shí)，跑偏開關(guān)便會動(dòng)作，并產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)量信號，將其反饋到中央控制單元。煙霧與超溫的控制主要是通過傳感器對煙霧和溫度與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)所測數(shù)據(jù)大于預(yù)定值時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警并開啟灑水裝置。

3　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

皮帶機(jī)智能監(jiān)測保護(hù)裝置集數(shù)據(jù)釆集、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)交流、網(wǎng)絡(luò)通信，保護(hù)控制于一體。主要由stm32主控模塊、傳感器模塊、輸出控制模塊、通信擴(kuò)展模塊構(gòu)成。該裝置的總體設(shè)計(jì)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)的控制單元采用的是STM32系列芯片，它是由世界最大的半導(dǎo)體公司之一意法半導(dǎo)體公司推出的一款高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用芯片。這里用到的是芯片型號是STM32F103RBT7，該芯片核心是ARM32位Cortex-M3處理器，時(shí)鐘頻率達(dá)72MHz，內(nèi)置128K的Flash，64位并行I/O接口，工作溫度范圍在-40℃~+105℃，適合選煤廠復(fù)雜的工作環(huán)境[3]。

除了選擇一個(gè)合適的主控芯片，整個(gè)監(jiān)測保護(hù)裝置能否有效工作還取決于傳感器的選型是否合理。必須要選用故障率低、靈敏度高、使用壽命長且具有三防功能的產(chǎn)品。皮帶速度檢測主要采用GSC6-SC型速度傳感器，該傳感器將皮帶機(jī)的實(shí)際速度檢測出來，并將其轉(zhuǎn)換成電信號傳送至監(jiān)測保護(hù)裝置，然后根據(jù)不同的速度值判斷皮帶機(jī)的工作狀態(tài)。電機(jī)轉(zhuǎn)矩檢測采用的是CQG電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器，該傳感器應(yīng)用磁電轉(zhuǎn)換原理，用相位差原理和數(shù)字顯示的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量方法，能穩(wěn)定、可靠、快速地進(jìn)行高精度測量。皮帶機(jī)的跑偏故障檢測采用的是KPT跑偏開關(guān)，當(dāng)檢測到皮帶跑偏時(shí)，開啟跑偏開關(guān)，產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)電信號，將其傳送至中央控制單元，執(zhí)行相應(yīng)措施。溫度檢測選用的是DS18B20型單線數(shù)字式溫度傳感器，測溫范圍-55℃～+125℃，在與中央控制單元連接時(shí)僅需要一條總線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊，將所測溫度與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，當(dāng)所測溫度超過預(yù)設(shè)值時(shí)，控制中心便啟動(dòng)灑水裝置。煙霧檢測采用的是GQQ0.1型礦用煙霧傳感器，該傳感器通過檢測煙霧的濃度，將其轉(zhuǎn)換成電信號輸入皮帶保護(hù)裝置從而發(fā)出報(bào)警聲，停止皮帶機(jī)并啟動(dòng)灑水裝置，起到煙霧保護(hù)作用[4]。

4　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件采用的是KeilMDK開發(fā)平臺，利用C語言。本裝置所要進(jìn)行的工作主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、保護(hù)措施的啟動(dòng)。總體軟件流程設(shè)計(jì)如圖2所示。系統(tǒng)上電之后，各模塊初始化設(shè)置，開始檢測各傳感器是否設(shè)置正常，如果正常則進(jìn)入運(yùn)行模式，啟動(dòng)皮帶機(jī)。在皮帶機(jī)運(yùn)行階段，各傳感器開始工作，檢測皮帶機(jī)是否出現(xiàn)故障，判斷并顯示故障類型，執(zhí)行相應(yīng)的子程序。數(shù)據(jù)采集主要采集的是傳感器I/O口開關(guān)量，采集信號都是通過I/ O口輸入。保護(hù)措施主要有報(bào)警、灑水、停車，每個(gè)動(dòng)作均有相應(yīng)的I/O口控制輸出。

5　結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的選煤廠皮帶機(jī)智能監(jiān)測保護(hù)裝置操作簡單，使用方便，監(jiān)測精準(zhǔn)，能廣泛應(yīng)用于電廠、煤礦、工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)。目前該系統(tǒng)正處于測試階段，測試完成后即可投入到選煤生產(chǎn)線。此智能監(jiān)測保護(hù)裝置能減少人員成本，節(jié)約維修資金，具有很好的應(yīng)用推廣前景。

[1]盧玉強(qiáng).《礦井皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預(yù)警系統(tǒng)》[D].山東：青島科技大學(xué)控制工程,2012(06).

[2]戴家友.《基于ARM7數(shù)字集成電路測試儀的設(shè)計(jì)》[J].數(shù)字技術(shù)與信息,2012(04).

[3]彭剛，春志強(qiáng).《基于ARMCortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器應(yīng)用實(shí)踐》[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011(01).

[4]王照信.《基于ARM的礦用皮帶綜合保護(hù)裝置的研究與實(shí)現(xiàn)》[D].山東：山東大學(xué)控制科學(xué)與工程,2013(11).