皮带机输送综合保护控制装置的设计

陈亮

（内蒙古包钢钢联股份有限公司巴润矿业分公司内蒙古包头市014080）

摘要：国外皮带输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是皮带输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状皮带输送机、空间转弯皮带输送机等各种机型；另一方面是皮带输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型皮带输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了皮带输送机动态分析与监控技术，提高了皮带输送机的运行性能和可靠性。该文就皮带机输送机综合保护控制装置设计实例进行了分析与研究，具有一定借鉴意义

关键词：皮带机；保护装置；单片机

一、引言

在皮带机的使用过程中，极易出现皮带偏离预设轨道的问题。因此，为了有效解决皮带跑偏问题，确保皮带机输送过程中的安全性，就应加设相应保护控制装置，以使皮带运行过程中有更强的安全保障。综合保护控制装置具有成本投入少、功能性多样及运行有保障等优点。另外，其在生产作业过程中的应用也已取得非常理想的效果，拥有较为显著的效益。

二、综合保护控制装置系统工作原理

该装置充分利用单片机与大规模CPLD之间的互补性。、将此两类器件相结合的电路运用在工业现场的皮带运输机保护控制中，CPLD负责采集信号及预处理，单片机做数据运算、判断、控制、人机界面及通讯，实现了高性能的微机模式。通过配用不同的传感器来实现胶带运输机的低速、堆煤、跑偏、撕裂、烟雾、超温保护、并实现报警及自动洒水，同时具备沿线电铃信号自动打点停车功能。

三、皮带机综合保护控制系统中核心元件的选型和设计

3.1CPU的选型和设计

对CPU核心器件采用的是“CPLD+单片机”的模式。所选用的单片机拥有非常高的性价比，具备多样灵活的功能，更利于实现人机交互。其自身对于数据的处理能力也较强。所选用CPLD拥有运行速率快、安全可靠性高的特点。且CPLD也易于开发，使整个系统更易操作。该保护装置中，CPLD和单片机之间是采取总线的通讯模式来进行的，其通讯过程的关键点是须对单片机总线所具有的读写时序有非常充分的了解，才可以更好地依照单片机总线所具有的时序图，对通讯的逻辑进行合理、科学的设计。

3.2CPLD和速度检测装置的设计

在进行CPLD和速度检测设计时，所用到的传感装置为霍尔传感装置，是把磁缸安装于皮带机的滚筒及托辊之上，这样传感装置就可对滚筒及托辊的实时转速进行监测，并把所监测到的实时数据及时传输至单片机装置中，再经由单片机系统地综合分析与判断，并输出打滑、断带、低速等相关信息信号，通过控制装置对皮带机做下一步处理，从而实现对皮带机运行过程中的实时保护作用。

3.3温度检测装置的设计

在煤矿用皮带机的运行过程中，需对皮带机的转筒、托辊、机壳、辊轴、轴桩和皮带机头部等易出现过热、高温的部位进行温度的实时监控。当监测到系统中某部位的温度有所偏高时，相应温度传感装置把所监测到的温度数据传输到系统主控装置中，同时在主控装置的显示板中显示出相应数据。如果所监测的温度值大于系统事先设定的温度数值，则经由主控装置会发出相应警示信号，同时主控箱也会将信号传输至处理器，由处理器执行洒水作业，以达到降低设备温度的目的。

3.4跑偏检测装置的设计

在进行跑偏装置的选型和设计时，采用的是光电式检测装置。该检测装置是为了检测带型传输装置在煤炭运输过程中有无跑偏轨道，并实时将所监测到的相应信号传输至纠偏装置中，其在煤矿开采过程中的应用非常广泛。跑偏检测装置中共有2个光敏型电阻，分别为电阻R1和电阻R2，其阻值与型号均相同。电阻R1是测量用电阻，其安装于皮带下方位置处。电阻R2被所安装的遮光罩所覆盖，在装置中发挥着补偿温度的功能。如果皮带位置未发生偏移，即位于中间位置处，那么电路中电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4等4个电阻所组成的电路中，电桥处于平衡状态，此时电路中的放大器所输出的电压值应显示为零。而若是皮带向左侧发生一定的偏移，会使遮光面积有所减小，此时电阻R1自身阻值也会相应变小，电路中原有的电桥平衡状态将会被打破，而放大器元件把上述电桥不平衡所引起的电压变化信号加以放大处理，此时所输出的电压信号显示是负数，这一数值可直观表达出皮带发生跑偏的方向与跑偏量大小。而若是皮带向右侧位置发生偏移时，相应的输出电压只会显示出正数，所输出电压数值不仅通过连接的显示装置加以显示，同时还会将这一信号传输至相应的处理器中，作为纠偏处理器的纠偏输入信号。

3.5串口通信设计

在进行串口通讯设计时，采用9600Baud的波特率来进行相关的信号传输，并依照查询的方法，对发送及接收的程序进行编写，通过中断形式执行键盘控制，如果信号发生一方有键被按下，那通过中断的方式向发送方提交申请。其具体流程如下：a）发送。由各个分机向总线中发送相应的指令；b）接收。总线对不同分机的指令进行接受处理，同时对不同的信息加以分析；c）实时发送。从系统的内存数据中调取数据，同时将数据传输至主机。通过实际的运行调试，上述各项功能几乎均可完成。现阶段，能经由上位机对所使用的单片机完成实时监控。

3.6系统保护及抗干扰的设计

在进行系统设计时，所应用的芯片型号为X5045，在芯片中所包含的“看门狗”，可为系统提供较为完善的保护作用。若是系统在运行中出现一定的故障，而超出了系统所设定的时间后，电路中所设置的“看门狗”就会经由reset信号向CPU发出一定的信号。该型号的芯片共有3个时间值是可被选用的，芯片同时也拥有一定的电压监测作用，能有效避免系统出现低电压问题。若是系统中的电压值低于所设定的电压最小值时，系统会执行复位操作，以确保系统电压可达到设定的电压范围。

四、综合保护控制系统实现的功能

（1）全自动控制：有被运物品时发出预警信号，自动启动皮带机；

（2）手动控制：留有原有的手动控制，可人工进行开停；

（3）温度保护：滚筒表面温度超过设定的温度值时，自动立即停机，报警值可0～99℃内任意调整；

（4）速度保护：皮带运行时的速度超过设定值时，自动立即停机，速度的上下限值均可任意调整；

（5）堆料保护：机头发生堆料时，自动立即停机；

（6）烟雾保护：发生烟雾时断电停机，并启动自动洒水装置。

（7）CO浓度保护：当CO浓度超限时停机，并启动自动洒水装置。

（8）跑偏保护：对机头及机尾的左、右四个点的跑偏进行检测，跑偏分两级，当跑偏较小时，只进行报警但不停机，当跑偏达到设定的二级位置时，立即停机。

（9）急停闭锁：紧急情况，可利用急停开关实现紧急停机并闭锁，停机后，只有人工解除闭锁，才能再次启动。

（10）显示：皮带的速度、滚筒的温度值采用数字显示，皮带的各种保护状态用指示灯显示，故障时能显示故障类型。

（11）胶带横纵向撕裂：实时扫描带面，当带面出现小的裂纹时，发出语音报警信号，提示检修。当裂纹严重时，实现急停。结合机械结构实现横向撕裂保护。

（12）通讯：利用RS485通信，上传到矿集中监控系统。

（13）结合电气装置可实现软启动，软停车。可以根据市场需求，做皮带机综合保护装置和皮带机软起动两个产品，也可以二者结合为一个产品。

结语

该装置是利用单片机与CPLD共同组成的系统而构建的一个皮带机综合保护控制装置，可实现对皮带运行时的实时监控，同时皮带机综合保护控制装置也是未来皮带机制动化的发展方向。

参考文献：

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[2]刘志斌．带式输送机综合保护控制装置的设计[J]．山东煤炭科技，2016（3）：126-127．

[3]郎福成，张旭，李思彬．矿用电磁起动器过流保护检验装置调压控制系统设计[J]．电工材料，2016（2）：37—40