具有對位顯示功能的智能皮帶保護器設計

摘 要： 皮帶輸送機在工作中常出現跑偏、打滑、撕裂和急停等故障，且故障點比較分散，使得故障點的查找變地非常困難，給設備的維護以及安全生產帶來極大的不便。針對這種情況，設計開發出了一套基于單片機AT89C52的皮帶智能保護器，保護器具有皮帶運行狀態的實時監控、通信和故障點的對位顯示功能，可對最多999個故障點進行監控，并可實現與上位機的實時通信。

關鍵字： AT89C52； 皮帶輸送機； 故障監控； 軟件設計

中圖分類號： TP391.8 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0066?02

0 引 言

皮帶輸送機是礦山、冶金、化工和火力發電等工業領域中廣泛使用的一種運輸設備。帶式輸送機在工作過程中發生的跑偏、撕裂、急停及打滑等故障，會直接影響企業的正常生產，并給企業造成一定的經濟損失[1]。對于長距離、多皮帶的大型輸送系統，一旦有上述故障發生，其故障點的查找將變的非常困難，不利于系統及時有效的維護。實時地監測皮帶故障并對其進行有效的維護，對保證正常生產是十分重要的。本文研究了一種皮帶智能保護裝置，能夠對大型皮帶輸送系統的工作狀態進行實時監測，并能顯示故障類型及故障點的位置[2]，便于故障的迅速查找及排除，有利于提高企業的生產效率。

1 保護器總體結構

智能皮帶保護器主要由控制器與采集器2部分組成。每個控制器對應一條皮帶，主要實現皮帶故障點對位顯示，并根據故障點的種類發出報警或停機信號；采集器安裝在皮帶兩側的保護開關內，主要實現對皮帶故障信號的實時檢測，每個采集器都設有撥碼開關，以實現對故障點位置的設定。采集器與采集器、采集器與控制器以及控制器與控制器之間通過RS 485通信傳輸信號?？刂破饕部梢耘c上位機相連，實現對皮帶輸送系統的監控。當單條皮帶長度超過1 200 m時[3]，可在采集器之間增設中繼器，對傳輸信號進行放大，保證通信的可靠性[4]。智能保護器的整體結構圖如圖1所示。

2 保護器硬件設計

2.1 控制器

復擦寫，靈活性高，使用LM2575T?5電源模塊將24 V轉化為5 V對單片機供電，散熱能力強，穩定性高，宜于工廠長時間使用。外圍由RS 485通信模塊電路、故障種類LED指示燈、故障地址顯示電路、復位電路及晶振組成[5]。如圖2所示。

RS 485通信模塊由分時器SN74HC125N、通信芯片MAX485CSA組成。SN74HC125N芯片實現分時通信，其選擇控制端分別與AT89C52單片機的P1.0和P1.1相連。MAX485CSA芯片的觸發端口與P1.6和P1.7連接，當其輸出低電平時，控制AT89C52單片機通過MAX485CSA芯片讀入采集器傳來的信號。數值顯示電路由三位一體數碼管、地址鎖存器SN74HC573N組成。鎖存器SN74HC573N是用來選擇各位數碼管要顯示的數據，與AT89C52的P0.0～P0.7端口相連。數碼管采用共陽極連接方式，實現對故障點的對位顯示。

故障指示燈與AT89C52的P2.3～P2.7相連，依次表示一級跑偏、二級跑偏、急停、打滑及撕裂5種故障。

2.2 采集器

采集器同樣采用AT89C52單片為核心，外圍電路由6位撥碼開關及RS 485通信電路組成。主要進行本機地址設定與信號采集并傳輸。如圖3所示。

6位二進制撥碼開關最多可對64個故障點進行地址設定[6]，通常在采集器內設定好地址后，需在外部進行標示，每個采集器只能有一固定的編碼地址。AT89C52的P1.0～P1.4口分別對應著一級跑偏、二級跑偏、急停、打滑及撕裂5種故障類型，每種故障類型對應固定的輸入端口（如急停對應P1.2端口），不能隨便接入。CPU周期性掃描五端口狀態，當檢測到故障信號時，便將故障類型與采集器本身的編碼地址等整合為數據包，向控制器發出請求信號。主控器與各個采集器之間采用MAX485CSA進行數據的通信，RS 485采用平衡發送和差分接收方式來實現通信[7]：在發送端TXD將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A，B兩路輸出，經傳輸后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當高。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。另外RS 485實現了多點互連，系統中允許有64臺從機，它們的地址[8]分別為00H～3FH。不僅可以實現半雙工通信，而且可以實現全雙工通信。

3 保護器軟件設計

系統軟件完成的主要功能：系統初始化，數據運算，開關量信號采集，故障判斷并報警及其位置的顯示，串口通信等。由于C語言開發速度快，可讀性、可移植性好，因此軟件采用C語言編程，主要分為主機與從機2部分，程序流程圖如圖4所示[9]。

主機與從機之間采用RS 485通信協議，采用主從方式進行通信，即主機發送命令，從機根據命令回答[10]。主機可以讀取從機的數據或寫數據到從機，并將數據送終端進行顯示；從機主要負責對分布的采集器進行監測或控制，用中斷的方式接收主機發來的命令并做出回應。

4 結 語

本文針對傳統皮帶故障保護的不足，提出了一種以單片機控制為核心，利用其功能強、可靠性高、集成度高和功耗低等特點，設計出集檢測、顯示、報警和控制于一體的皮帶智能控制保護器，能夠遠程監測現場設備的運行情況，對提高企業的生產效率，盡快查找到故障點具有積極的現實意義，有很好的應用推廣前景。

參考文獻

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