帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的研究

王曉星 劉艷格

【摘 要】隨著煤礦機(jī)電一體化水平的不斷提高，煤礦井下帶式輸送機(jī)使用越來越廣泛，臺(tái)數(shù)越來越多，運(yùn)距越來越長(zhǎng)，在帶式輸送機(jī)的使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些故障，影響煤礦生產(chǎn)和安全。為了避免這些事故的發(fā)生，就需要對(duì)帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】帶式輸送機(jī)；保護(hù)控制；安全

一、前言

帶式輸送機(jī)是一種由摩擦驅(qū)動(dòng)而引起連續(xù)動(dòng)作的運(yùn)輸機(jī)械。它具有運(yùn)輸能力大、工作阻力小、運(yùn)輸距離長(zhǎng)、使用壽命長(zhǎng)，且運(yùn)輸過程中破碎性小、噪音低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此是煤礦井上井下廣泛使用的運(yùn)輸設(shè)備之一。但帶式輸送機(jī)的使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些打滑、跑偏、堆煤、煙霧、超溫等故障，給國(guó)家和人民造成了嚴(yán)重的損失和傷害。因此，保證帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)輸是煤炭的安全生產(chǎn)的前提。目前，我國(guó)已經(jīng)先后研制出多種帶式輸送機(jī)綜合保護(hù)與集中控制裝置。它由各種傳感器和集中控制臺(tái)構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)低速、超速、斷帶、縱向撕裂、堆煤、跑偏、急停、煙霧、溫度等保護(hù)，并可進(jìn)行灑水降溫。它具有膠帶運(yùn)行速度、緊急停車開關(guān)動(dòng)作位置、跑偏開關(guān)動(dòng)作位置等顯示功能以及各種設(shè)備工作狀態(tài)及故障狀態(tài)的顯示，可配合CST等軟啟動(dòng)系統(tǒng)工作，同時(shí)能對(duì)主電動(dòng)機(jī)、給煤機(jī)和閘電動(dòng)機(jī)等設(shè)備實(shí)施控制和保護(hù)。煤炭生產(chǎn)能力的逐步提高，使得帶式輸送機(jī)的輸送能力范圍逐步提高，帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的研究成為安全運(yùn)輸?shù)谋厝贿x擇。

二、帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的注意事項(xiàng)

1、帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

（1）主機(jī)：主機(jī)是一個(gè)長(zhǎng)方形箱體，由鋼板焊接而成，隔爆性能符合有關(guān)規(guī)定，它分為兩個(gè)腔體—隔爆腔和本安腔。隔爆腔有電源變壓器和本安電源電路板。隔爆腔體兩側(cè)設(shè)有喇叭口，分別為：交流36V或127V電源輸入口，執(zhí)行繼電器接點(diǎn)輸出口及閘繼電器接點(diǎn)輸出口，灑水電磁閥控制繼電器接點(diǎn)輸出口，張緊絞車控制繼電器接點(diǎn)輸出口和跑偏控制繼電器接點(diǎn)輸出口。進(jìn)出線口一般有兩種：喇叭口、航空插頭接口。喇叭口需要打開裝置才可接線，操作復(fù)雜。航空插頭可方便腔體內(nèi)外的連接，只需在整機(jī)裝備時(shí)把需要與外部連接的線焊接在航空插頭上即可。所以本設(shè)計(jì)采用航空插頭接口，可方便安裝。（2）傳感器及電磁閥：1）速度傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于速度的檢測(cè)。2）溫度傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于溫度檢測(cè)。3）煙霧傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于煙霧濃度的檢測(cè)。4）堆煤傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于堆煤位置的檢測(cè)。5）跑偏傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于跑偏位置的檢測(cè)。6）撕裂傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于撕裂檢測(cè)。7）張緊力傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于張緊力檢測(cè)。8）急停開關(guān)：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)用于緊急停車。9）電磁閥：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于灑水。10）粉塵傳感器：帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)中用于粉塵濃度的檢測(cè)。

2、帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)主要特性

l）采用微電腦芯片作為核心控制器件，系統(tǒng)功能強(qiáng)，控制更具靈活性。且本系統(tǒng)基于DSP和單片機(jī)雙CPu的硬件平臺(tái)，進(jìn)一步提高了帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的精度和可靠性；2）采用液晶顯示器作為顯示器件?？娠@示帶式輸送機(jī)的各種狀態(tài)，且通過控制按鈕可以對(duì)各種預(yù)警狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；3）保護(hù)能力強(qiáng)大。具有九大保護(hù)：速度保護(hù)、堆煤保護(hù)、跑偏保護(hù)、煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)、沿線緊急停車、撕裂保護(hù)、張緊力保護(hù)、粉塵保護(hù)；4）可集中控制或手動(dòng)控制，具有聯(lián)鎖保護(hù)功能，當(dāng)出現(xiàn)事故時(shí)，可聯(lián)鎖停機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制多臺(tái)控制設(shè)備，保證了整條流水線的統(tǒng)一操作；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式輸送機(jī)的自動(dòng)控制，運(yùn)用張緊絞車和自動(dòng)糾偏裝置調(diào)整帶式輸送機(jī)，使故障自動(dòng)消除；5）通訊功能完備。可語言預(yù)警及事故語言報(bào)警，語言報(bào)警能報(bào)出故障的性質(zhì)；6）抗干擾能力較強(qiáng)。對(duì)于多個(gè)傳感器系統(tǒng)，提出了傳感器管理及信息融合的方法，得出狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)。

3、帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的工作原理

l）保護(hù)單元。外部傳感器送來的開關(guān)量信號(hào)經(jīng)IO口送入DSP微處理器，輸入信號(hào)為低電平時(shí)DSP輸出控制信號(hào)控制執(zhí)行繼電器動(dòng)作，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)至語音芯片，語音信號(hào)經(jīng)功放電路放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警。外部傳感器送來的模擬量信號(hào)經(jīng)DSP內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，送入DSP微處理器，DSP輸出數(shù)字信號(hào)給顯示電路供液晶顯示器顯示，輸入信號(hào)超限時(shí)DSP輸出控制信號(hào)控制相應(yīng)的執(zhí)行繼電器動(dòng)作，同時(shí)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)至語音芯片，語音信號(hào)經(jīng)功放電路放大后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器報(bào)警。2）控制單元。帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的控制方式有單臺(tái)操作和集控方式。由集控開關(guān)選擇控制方式，當(dāng)集控開關(guān)未按下時(shí)，選擇單臺(tái)操作方式；當(dāng)集控開關(guān)按下時(shí)，選擇集控方式。3）張緊控制和跑偏控制。①當(dāng)帶式輸送機(jī)的張緊力超過初始值時(shí)，DSP接收到張緊超出的信號(hào)，先判斷出張力的值是大或者是小，根據(jù)其大小DSP輸出控制信號(hào)，則其相應(yīng)的執(zhí)行繼電器動(dòng)作，以調(diào)整帶式輸送機(jī)的張力。②當(dāng)帶式輸送機(jī)跑偏時(shí)，DSP接收到跑偏信號(hào)，判斷其跑偏的狀態(tài)，左跑偏或者是右跑偏，DSP輸出控制信號(hào)控制，其相應(yīng)的執(zhí)行繼電器動(dòng)作，調(diào)整帶式輸送機(jī)使其達(dá)到正常狀態(tài)。4）語音報(bào)警單元。話筒聲音信號(hào)經(jīng)濾波后送至功放后經(jīng)揚(yáng)聲器送出話音信號(hào)，同時(shí)由于音頻線各臺(tái)均相接，故各臺(tái)的揚(yáng)聲器均發(fā)出放大的語音信號(hào)。

4、帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的主要用途

（1）保護(hù)控制功能：1）速度保護(hù)：除了啟動(dòng)和停止?fàn)顟B(tài)下，當(dāng)輸送帶速度在10s內(nèi)均在額定帶速，或帶速小于等于額定帶速的50%，或帶速大于等于額定帶速的110%時(shí)，主機(jī)將中止帶式輸送機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)報(bào)警及顯示。2）堆煤保護(hù)：當(dāng)煤位傳感器觸桿的偏轉(zhuǎn)角達(dá)到15度以上，主機(jī)將停車，實(shí)現(xiàn)堆煤保護(hù)，并報(bào)警及顯示。3）跑偏保護(hù)：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生跑偏時(shí)，控制跑偏調(diào)整的繼電器吸合，自動(dòng)糾偏裝置開始調(diào)整帶式輸送機(jī)的狀態(tài)，直到輸送機(jī)處于正常狀態(tài)。當(dāng)跑偏傳感器探桿的偏轉(zhuǎn)角度較大，主機(jī)將停車，實(shí)現(xiàn)跑偏保護(hù)，并報(bào)警及顯示。4）煙霧保護(hù)：當(dāng)被監(jiān)測(cè)的環(huán)境中煙霧濃度設(shè)定值時(shí)，主機(jī)將控制電磁閥灑水減少煙霧，并立即停車、報(bào)警及顯示，實(shí)現(xiàn)煙霧保護(hù)。5）溫度保護(hù)：在測(cè)溫點(diǎn)溫度傳感器的測(cè)溫頭測(cè)到的溫度超過設(shè)定值時(shí)，主機(jī)將控制電磁閥灑水降低溫度，并立即停車、報(bào)警及顯示，實(shí)現(xiàn)溫度保護(hù)。6）急停保護(hù)：雙向急停開關(guān)在任何一邊的拉線上施加力，使開關(guān)的輸入接點(diǎn)接通，主機(jī)將立即停車，并報(bào)警及顯示，實(shí)現(xiàn)緊急停車功能。7）張緊保護(hù)：當(dāng)張緊傳感器檢測(cè)裝置檢測(cè)到皮帶松時(shí)，控制緊絞車的繼電器吸合，使張緊裝置拉緊皮帶；反之，皮帶過緊時(shí)，控制張絞車的繼電器吸合，使張緊裝置放松皮帶，從而有效的控制皮帶機(jī)的張緊程度。當(dāng)故障時(shí)，主機(jī)將停車，并報(bào)警及顯示，實(shí)現(xiàn)張緊保護(hù)。8）撕裂保護(hù)：當(dāng)撕裂傳感器檢測(cè)到皮帶撕裂時(shí)，主機(jī)將停車，并報(bào)警及顯示，實(shí)現(xiàn)撕裂保護(hù)。9）粉塵保護(hù)：粉塵濃度超過設(shè)定值時(shí)，主機(jī)控制電磁閥灑水降低粉塵濃度，并立即停車、報(bào)警及顯示，實(shí)現(xiàn)粉塵保護(hù)。

（2）控制功能：l）集中控制。正常啟動(dòng)：當(dāng)多臺(tái)裝置聯(lián)機(jī)并置于集控方式，首臺(tái)有起車命令時(shí)，首臺(tái)（或前臺(tái)，下同）起車，并輸出控制信號(hào)，下一臺(tái)接收到控制信號(hào)后延時(shí)起車，且延時(shí)期間具有預(yù)警功能，同時(shí)對(duì)全線的系統(tǒng)狀態(tài)作對(duì)位顯示。正常停車：首臺(tái)輸送機(jī)停機(jī)時(shí)，輸出停機(jī)控制信號(hào)，控制下一臺(tái)輸送機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。故障停機(jī)的那一臺(tái)向全線送出故障語音報(bào)警信號(hào)，并作對(duì)位顯示。同時(shí)，此臺(tái)機(jī)處于故障自鎖狀態(tài)，只有按下故障機(jī)的停車按鈕使故障解除，帶式輸送機(jī)才可接受起車信號(hào)。2）單臺(tái)操作功能。當(dāng)裝置為手動(dòng)工作方式，即作為單臺(tái)使用時(shí)，其啟動(dòng)和停車受自身的控制。

5、帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案

帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)采用雙CPU的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其中主控板的CPU采用是TMS320LF2407型DSP芯片，顯示板采用AT89c51，且由此構(gòu)成的外圍電路，集測(cè)量、通訊、顯示、保護(hù)、控制等功能于一體。各傳感器檢測(cè)到的皮帶機(jī)煤位、跑偏、張緊力、溫度、煙霧、撕裂、速度、濃度和急停的狀況送給DSP，DSP根據(jù)所采集的信息進(jìn)行分析、判斷，當(dāng)出現(xiàn)故障后，發(fā)出指令保護(hù)和控制皮帶機(jī)的運(yùn)行狀況，并聲光語言報(bào)警。單片機(jī)通過人機(jī)接口按鈕來輸入所設(shè)定的參數(shù)，并把數(shù)據(jù)送給DSP，DSP將此數(shù)據(jù)與傳感進(jìn)行比較，當(dāng)超限時(shí)對(duì)皮帶機(jī)進(jìn)行保護(hù)，并聲光語一言報(bào)警。顯示器來顯示所設(shè)定的參數(shù)，并顯示各種工作狀態(tài)和故障報(bào)警的類型。整個(gè)系統(tǒng)包括三個(gè)部分：電源部分、DSP作用的主控部分、單片機(jī)作用的顯示部分。由于井下供電一般為127V或36V，所以需要把127V或36V電轉(zhuǎn)化為供電路所需的12V。DSP用于數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和處理，通過接收傳感器傳送的信號(hào)分析故障，并作出指令控制皮帶機(jī)的狀態(tài)。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用DSP和單片機(jī)雙處理器構(gòu)建的，所以在軟件上也分為兩部分：DSP的軟件設(shè)計(jì)和單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。DSP軟件設(shè)計(jì)主要包括：數(shù)據(jù)的采集、信息融合及處理、和單片機(jī)進(jìn)行通訊，并在帶式輸送機(jī)故障時(shí)運(yùn)行保護(hù)動(dòng)作及報(bào)警。單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要包括按鍵輸入、液晶顯示及與DSP進(jìn)行通訊。

三、結(jié)語

總之，帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，其發(fā)生故障必然會(huì)直接影響煤的產(chǎn)量。帶式輸送機(jī)保護(hù)控制的主題始終是切實(shí)保證安全和機(jī)械設(shè)備的可靠運(yùn)行。具有潛在故障自動(dòng)消除功能的帶式輸送機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)是其發(fā)展的必然方向。

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