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運輸設備，與其他運輸設備（如機車類）相比，具有輸送距離長、運量大、連續輸送等優點，而且運行可靠，易于實現自動化和集中化控制，尤其對高產高效礦井，帶式輸送機已成為煤炭開采機電一體化技術與裝備的關鍵設備。

關鍵詞：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，設有儲帶倉，機尾可隨采煤工作面的推進伸長或縮短，結構緊湊，可不設基礎，直接在巷道底板上鋪設，機架輕巧，拆裝十分方便。當輸送能力和運距較大時，可配中間驅動裝置來滿足要求。根據輸送工藝的要求，可以單機輸送，也可組合成水平或傾斜的運輸系統來輸送物料。

1 控制系統結構

在煤礦機械化生產進程中，帶式輸送機因為具有運輸距離長、能耗低、運量大等優點在煤礦連續運輸機械中占有主導地位[1]。為了適應煤礦擴大產能、提高生產效率的生產需求，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工作狀態下，對于輸送帶的運輸性能和硫化接頭的質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應力非常大，如果接頭強度不足，或者使用維護不當，發生斷帶的可能性較大。如果發生意外斷帶事故，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、損壞周圍設備，甚至會造成人員傷亡，不僅對煤礦生產效率影響嚴重，更會威脅到煤礦生命財產安全[2]。

控制系統采用高速低功耗的C8051單片機，利用斷帶信號檢測裝置自動觸發該系統。使用內部數據轉換模塊對斷帶信號進行采集，并經過A/D轉換后直接存儲到XRAM中。采集數據結束后，利用無線發射模塊將數據傳遞給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 控制系統設計

帶式輸送機因其能夠實現長距離高效率連續運輸，其安全可靠性對于煤礦企業生產具有重要影響。輸送帶一旦發生斷帶事故，將會給煤礦企業造成嚴重損失。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具有重要意義。本文基于C8051單片機設計并研制了一套能夠實時采集斷帶信號，并無線通訊傳遞給上位機進行數據分析的斷帶保護控制系統。該系統能夠實現高速準確抓捕斷帶，具有檢測準確、性能可靠、功耗低等優點。

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部ADC0模塊的AIN0.0進行AD轉換。從傳感器的設計出發，要盡可能提高傳感器本身的性能，嚴格控制其生產的各個環節，以實現小型化、高性能、標準化輸出的目標。但是，隨著計算機和微電子技術的高速發展，尤其是單片機的系列化發展，其強大的運算能力，微小的體積以及低廉的價格，對傳感器的傳統研究方式帶來了重大的變革。單片機對提高傳感器穩定性的作用穩定性是指傳感器在長時間工作下輸出量發生的變化，它作為傳感器的一項重要的技術指標，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定性放在了工作的首位。為了提高傳感器的穩定性，避免在長時間的工作下產生非線性的誤差，我們可利用單片機技術來修正非線性誤差從而提高傳感器的穩定性。

2.2 電源模塊

控制系統的電源模塊為整個下位機系統供電電壓為9V，LM2576HVS芯片和LM2576HVS芯片為系統提供3.3V和5.0V電壓?？刂葡到y還將采集檢測前后時刻AIN0.1口處的1/4電源電壓信號，并將該電壓信號轉換為數據信號后傳遞給單片機，由單片機根據電壓信號進行判斷下一步動作。該電源模塊具有功耗低、發熱量小等優點。

2.3 無線收發模塊

基于有限通訊存在的井下特殊環接線困難、儀器安裝時間長、操作不方便等問題，本文選自無線收發模塊用于實現檢測數據和命令動作的傳輸。本文選用SRWF-501無線收發模塊，發射頻率為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，實現單片機與無線收發模塊的可靠數據連接。上位機處，則采用市場上通用的USB轉RS232連接線實現無線收發模塊與筆記本電腦的連接，并利用電腦USB端口輸出的5V電壓為無線收發模塊供電。

2.4 單片機

C8051F020單片機是本文設計的控制系統的核心元件，具有功耗低、操作簡便、易于實現控制等優點。C8051F020單片機采用流水線指令結構，70%指令執行時間為1個或2個系統時鐘周期，速度可達25MIPS，可在工業溫度范圍-45℃～+85℃內工作，且功耗低，是一款非常適合于惡劣環境工作的快速8位單片機[4]?？刂葡到y設計采樣時間為10s，每秒100個數據，共需要采集1000個數據。單片機的12位ADC0模塊采樣，需要2KB以上的存儲空間，而C8051F020內部XRAM為4KB，能夠滿足控制系統存儲要求，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量，簡化電路設計，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，物件的組裝、檢測、調試、包裝及運輸等。

線體輸送可根據工藝要求選用[2] ：普通連續運行、節拍運行、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，是組成有節奏的流水作業線所不可缺少的經濟型物流輸送設備。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，化工醫藥等行業。

皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，結構簡單易于維護，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，噪音低，并可以上下坡傳送。

下位機采集到斷帶信號后經A/D轉換傳遞給上位機，上位機分析數據并發出動作指令，再由下位機控制執行指令。上位機為筆記本電腦，攜帶方便，能夠滿足現場試驗要求。

參考文獻：

[1] 王啟廣，李炳文，黃嘉興.采掘機械與支護設備[M].中國礦業大學出版社，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狀與技術探討[J].煤礦機械，2013，34（08）：225-226.endprint