礦用帶式輸送機智能保護系統(tǒng)研究

張再濤

(兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧二號煤礦 山東肥城 272072)

礦用帶式輸送機是煤礦開采的重要設(shè)備，其安全運行直接關(guān)系到煤礦開采安全。目前，盡管我國使用的礦用帶式輸送機安全裝置可以滿足安全保護需求，但依然存在諸如可靠性差、故障率高、難維護等缺點。因此，有必要繼續(xù)研究礦井皮帶輸送機保護裝置的特殊要求，結(jié)合煤礦開采實際情況開發(fā)可靠且易于使用的智能保護系統(tǒng)，從而有效確保礦用帶式輸送機的安全運行，提高煤礦開采安全性。

1 礦用帶式輸送機智能保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本次研究的礦用帶式輸送機智能保護系統(tǒng)包括傳感器、主控制單元、I/O接口電路、通信電路、指示裝置、聲光報警器、控制電路等。礦用帶式輸送機智能保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

主控制單元采用51系列C8051F020單片機，主要執(zhí)行處理收集數(shù)據(jù)任務(wù)，并配備彩色LCD顯示屏（單元顯示板本質(zhì)軸KXH0.4 / 18）以與計算機裝置進行人工交互。

1.2 傳感器安裝

本次涉及的智能保護系統(tǒng)配備了檢測跑偏、溫度、煙霧、堆煤、防滑、縱撕、速度、張緊等多種傳感器。傳感器安裝位置的不同會影響其實際使用效果。

（1）跑偏傳感器。作用是檢測磁帶偏差，通常安裝在傳送帶頭部、中部、尾部，跑偏傳感器立輥必須與膠帶保持一定距離。通常，1000m長的帶式輸送機只需在其頭尾各安裝一組跑偏傳感器，超出1000m的帶式輸送機除了在頭尾安裝跑偏傳感器，還要在中部安裝一組跑偏傳感器，以增加檢測的可靠性，防止皮帶跑偏。

（2）溫度傳感器。作用是檢測驅(qū)動輥的溫度，運行中的驅(qū)動輥連續(xù)旋轉(zhuǎn)時會與皮帶摩擦接觸，產(chǎn)生熱量。因此，可以用紅外溫度傳感器檢測，傳感器安裝在驅(qū)動輥旁邊的機架上，紅外探頭延伸到距離驅(qū)動輥150mm處，當(dāng)檢測到溫度達到80℃時輸出控制信號，給出警報信息。

圖1 礦用帶式輸送機智能保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（3）速度傳感器。用于檢測膠帶速度，一般安裝在驅(qū)動輥附近，傳感器輪與底部皮帶貼合，隨皮帶一起旋轉(zhuǎn)，以確定皮帶速度是否與設(shè)定值匹配。連接傳感器和主機的電纜不應(yīng)超過450m。當(dāng)皮帶速度達到標(biāo)稱速度的50%以上并維持15s以上時，將激活速度傳感器，當(dāng)皮帶速度小于或等于標(biāo)稱速度的50%或大于或等于標(biāo)稱速度的110%時，速度傳感器必須立即輸出控制信號。

（4）煙霧傳感器主要檢測打滑或其他原因引起的煙霧，煙霧傳感器的安裝高度和位置很重要，應(yīng)安裝在驅(qū)動裝置上方米內(nèi)的下風(fēng)口處，高度盡量靠近膠帶上的物料。當(dāng)煙霧濃度大于等于0.1mg/m3時為低電平，小于或等于DC0.5V。

（5）煙霧傳感器。作用是探測皮帶打滑或其他原因產(chǎn)生的煙霧，其安裝高度、安裝位置尤為關(guān)鍵，通常安裝在距離驅(qū)動器上部4m以內(nèi)的向下通風(fēng)口中，高度應(yīng)盡可能靠近皮帶上的材料。當(dāng)探測到煙霧濃度在0.08mg/m3以上時，低電平小于或等于0.5VDC。

（6）煤堆傳感器。用于防止皮帶被機頭磨損，通常安裝在機頭和溜煤煤孔。機械式煤堆傳感器的安裝特別要注意安裝的高度和布線是否會影響傳送帶的正常運行。本次研究的系統(tǒng)使用無方向性的機械傳感器：當(dāng)煤位接觸到傳感器的觸桿使其偏離角超過18°，持續(xù)3s則發(fā)送停機控制信號。

（7）縱向破裂傳感器用于防止輸送帶縱向撕裂，通常安裝在輸送機后部的出口中，因為物料直接從出口排放到皮帶上，其中包含的鋒利碎片很可能在卸載過程中損壞皮帶，導(dǎo)致皮帶縱向撕裂。沿傳送帶的移動方向安裝，當(dāng)檢測輸送帶表面上的物料達到動作值時，發(fā)出一個切換信號，以將縱向皮帶斷裂信號發(fā)送到傳送帶的保護裝置。

2 礦用帶式輸送機智能保護系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)上位機和下位機的功能，軟件設(shè)計可以分為系統(tǒng)初始化硬件資源的配置程序和系統(tǒng)保護管理程序。其中，系統(tǒng)初始化程序主要包括內(nèi)部系統(tǒng)資源的初始化，例如看門狗定時器，系統(tǒng)時鐘等以及用于在操作期間分配地址和設(shè)置變量的初始值，為系統(tǒng)設(shè)置變量初始值，如控制寄存器的初始值；系統(tǒng)保護管理程序主要由控制設(shè)備的功能模塊組成，包括信號例程、通信例程、液晶例程、采樣例程、控制信號輸出例程。打開系統(tǒng)并將其重置后，初始化程序?qū)?zhí)行一次，以確定是否按下雙向緊急停止按鈕以及系統(tǒng)中是否存在中斷事件。如果沒有這種情況，則確定是否存在中斷請求。如果有則執(zhí)行適當(dāng)?shù)闹袛喑绦颍幚硗曛袛喑绦蚝?，返回并繼續(xù)檢測是否有中斷請求。每個中斷源都有一個默認的中斷優(yōu)先級順序。中斷優(yōu)先級可以由優(yōu)先級控制器設(shè)置，以設(shè)置優(yōu)先級處理程序的優(yōu)先級。初始化完成后，設(shè)備可以正常工作然后通用中斷允許位起作用，然后進入主程序循環(huán)，等待中斷請求，如通信中斷、定時器中斷、外部中斷、緊急停止開關(guān)中斷，其中外部中斷具有最高的優(yōu)先級。

3 結(jié)語

綜上所述，開發(fā)了一種智能帶式輸送機保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)以51系列C8051F020單片機為控制核心，可以就地收集各種保護傳感器的實時數(shù)據(jù)，并以循環(huán)方式全面分析和評估輸送機的運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能保護功能，保護效果比較理想。