基于單片機的帶式輸送機斷帶保護裝置控制

趙志強+高新斐

摘 要：帶式輸送機是煤礦最理想的高效連續(xù)運輸設(shè)備，與其他運輸設(shè)備（如機車類）相比，具有輸送距離長、運量大、連續(xù)輸送等優(yōu)點，而且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化和集中化控制，尤其對高產(chǎn)高效礦井，帶式輸送機已成為煤炭開采機電一體化技術(shù)與裝備的關(guān)鍵設(shè)備。

關(guān)鍵詞：單片機；帶式輸送機；斷帶保護

引言：帶式輸送機主要特點是機身可以很方便的伸縮，設(shè)有儲帶倉，機尾可隨采煤工作面的推進伸長或縮短，結(jié)構(gòu)緊湊，可不設(shè)基礎(chǔ)，直接在巷道底板上鋪設(shè)，機架輕巧，拆裝十分方便。當輸送能力和運距較大時，可配中間驅(qū)動裝置來滿足要求。根據(jù)輸送工藝的要求，可以單機輸送，也可組合成水平或傾斜的運輸系統(tǒng)來輸送物料。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在煤礦機械化生產(chǎn)進程中，帶式輸送機因為具有運輸距離長、能耗低、運量大等優(yōu)點在煤礦連續(xù)運輸機械中占有主導地位[1]。為了適應煤礦擴大產(chǎn)能、提高生產(chǎn)效率的生產(chǎn)需求，帶式輸送機正向著更大運距、更大運量和更高運速的方向發(fā)展。由于煤礦井下運輸條件復雜，而且輸送帶長期處于高負載連續(xù)工作狀態(tài)下，對于輸送帶的運輸性能和硫化接頭的質(zhì)量提出了較高的要求。尤其是在大傾角向上運輸過程中，機頭附近承載的輸送帶的內(nèi)應力非常大，如果接頭強度不足，或者使用維護不當，發(fā)生斷帶的可能性較大。如果發(fā)生意外斷帶事故，長距離輸送帶上承載的物料就會滑下運輸機，嚴重時會損壞帶式輸送機機架、堵塞運輸巷道、損壞周圍設(shè)備，甚至會造成人員傷亡，不僅對煤礦生產(chǎn)效率影響嚴重，更會威脅到煤礦生命財產(chǎn)安全[2]。

控制系統(tǒng)采用高速低功耗的C8051單片機，利用斷帶信號檢測裝置自動觸發(fā)該系統(tǒng)。使用內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊對斷帶信號進行采集，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后直接存儲到XRAM中。采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，利用無線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)傳遞給PC機，由分析軟件顯示該斷帶信號，從而及時進行斷帶保護動作。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

帶式輸送機因其能夠?qū)崿F(xiàn)長距離高效率連續(xù)運輸，其安全可靠性對于煤礦企業(yè)生產(chǎn)具有重要影響。輸送帶一旦發(fā)生斷帶事故，將會給煤礦企業(yè)造成嚴重損失。因此，深入研究帶式輸送機斷帶保護裝置，對保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。本文基于C8051單片機設(shè)計并研制了一套能夠?qū)崟r采集斷帶信號，并無線通訊傳遞給上位機進行數(shù)據(jù)分析的斷帶保護控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速準確抓捕斷帶，具有檢測準確、性能可靠、功耗低等優(yōu)點。

2.1 傳感器

本文利用傳感器檢測斷帶的加速度，能夠利于斷帶抓捕器更精確的抓捕斷帶。綜合考慮傳感器的靈敏度和頻率響應等因素，選用LC0701-3型號傳感器。其輸出電壓信號為0.6～4.4V，為了適應單片機C8051F020的端口電壓，將傳感器的輸出信號利用電阻分壓后采集到單片機內(nèi)部ADC0模塊的AIN0.0進行AD轉(zhuǎn)換。從傳感器的設(shè)計出發(fā)，要盡可能提高傳感器本身的性能，嚴格控制其生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)小型化、高性能、標準化輸出的目標。但是，隨著計算機和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是單片機的系列化發(fā)展，其強大的運算能力，微小的體積以及低廉的價格，對傳感器的傳統(tǒng)研究方式帶來了重大的變革。單片機對提高傳感器穩(wěn)定性的作用穩(wěn)定性是指傳感器在長時間工作下輸出量發(fā)生的變化，它作為傳感器的一項重要的技術(shù)指標，目前在多方面已得到了越來越多的重視。而在智能傳感器的研究制造中，由于傳感器的其他一些性能指標，如靈敏度、分辨力、抗干擾能力等均可通過低程序加以修正，因此很多人把傳感器的長期穩(wěn)定性放在了工作的首位。為了提高傳感器的穩(wěn)定性，避免在長時間的工作下產(chǎn)生非線性的誤差，我們可利用單片機技術(shù)來修正非線性誤差從而提高傳感器的穩(wěn)定性。

2.2 電源模塊

控制系統(tǒng)的電源模塊為整個下位機系統(tǒng)供電電壓為9V，LM2576HVS芯片和LM2576HVS芯片為系統(tǒng)提供3.3V和5.0V電壓。控制系統(tǒng)還將采集檢測前后時刻AIN0.1口處的1/4電源電壓信號，并將該電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號后傳遞給單片機，由單片機根據(jù)電壓信號進行判斷下一步動作。該電源模塊具有功耗低、發(fā)熱量小等優(yōu)點。

2.3 無線收發(fā)模塊

基于有限通訊存在的井下特殊環(huán)接線困難、儀器安裝時間長、操作不方便等問題，本文選自無線收發(fā)模塊用于實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和命令動作的傳輸。本文選用SRWF-501無線收發(fā)模塊，發(fā)射頻率為425.9292MHz，波特率為9600bps，并以SR WF-501的TTL的UART方式與單片機C8051F020直接相連，實現(xiàn)單片機與無線收發(fā)模塊的可靠數(shù)據(jù)連接。上位機處，則采用市場上通用的USB轉(zhuǎn)RS232連接線實現(xiàn)無線收發(fā)模塊與筆記本電腦的連接，并利用電腦USB端口輸出的5V電壓為無線收發(fā)模塊供電。

2.4 單片機

C8051F020單片機是本文設(shè)計的控制系統(tǒng)的核心元件，具有功耗低、操作簡便、易于實現(xiàn)控制等優(yōu)點。C8051F020單片機采用流水線指令結(jié)構(gòu)，70%指令執(zhí)行時間為1個或2個系統(tǒng)時鐘周期，速度可達25MIPS，可在工業(yè)溫度范圍-45℃～+85℃內(nèi)工作，且功耗低，是一款非常適合于惡劣環(huán)境工作的快速8位單片機[4]?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計采樣時間為10s，每秒100個數(shù)據(jù)，共需要采集1000個數(shù)據(jù)。單片機的12位ADC0模塊采樣，需要2KB以上的存儲空間，而C8051F020內(nèi)部XRAM為4KB，能夠滿足控制系統(tǒng)存儲要求，不需要拓展外部存儲空間。這樣可以減少單片機外圍芯片數(shù)量，簡化電路設(shè)計，降低成本，減小控制儀器的體積，能夠更好的適應煤礦井下的復雜環(huán)境。

2.5 工作流程

帶式輸送機[1] 又稱膠帶輸送機，廣泛應用于家電、電子、電器、機械、煙草、注塑、郵電、印刷、食品等各行各業(yè)，物件的組裝、檢測、調(diào)試、包裝及運輸?shù)取?/p>

線體輸送可根據(jù)工藝要求選用[2] ：普通連續(xù)運行、節(jié)拍運行、變速運行等多種控制方式；線體因地制宜選用：直線、彎道、斜坡等線體形式 輸送設(shè)備包括：皮帶輸送機也叫帶式輸送機或膠帶輸送機等，是組成有節(jié)奏的流水作業(yè)線所不可缺少的經(jīng)濟型物流輸送設(shè)備。皮帶機按其輸送能力可分為重型皮帶機如礦用皮帶輸送機，輕型皮帶機如用在電子塑料，食品輕工，化工醫(yī)藥等行業(yè)。

皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，結(jié)構(gòu)簡單易于維護，能方便地實行程序化控制和自動化操作。運用輸送帶的連續(xù)或間歇運動來輸送100KG以下的物品或粉狀、顆狀物品，其運行高速、平穩(wěn)，噪音低，并可以上下坡傳送。

下位機采集到斷帶信號后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳遞給上位機，上位機分析數(shù)據(jù)并發(fā)出動作指令，再由下位機控制執(zhí)行指令。上位機為筆記本電腦，攜帶方便，能夠滿足現(xiàn)場試驗要求。

參考文獻：

[1] 王啟廣，李炳文，黃嘉興.采掘機械與支護設(shè)備[M].中國礦業(yè)大學出版社，2006.

[2] 王雷，楊建奎.帶式輸送機用斷帶保護裝置的研究現(xiàn)狀[J].煤礦機械，2009，（10）：118-120.

[3] 李學偉.帶式輸送機斷帶抓捕器的應用現(xiàn)狀與技術(shù)探討[J].煤礦機械，2013，34（08）：225-226.endprint