礦用帶式輸送機智能保護系統研究

張再濤

(兗州煤業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備，其安全運行直接關系到煤礦開采安全。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，有必要繼續研究礦井皮帶輸送機保護裝置的特殊要求，結合煤礦開采實際情況開發可靠且易于使用的智能保護系統，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結構及硬件設計

1.1 系統結構

本次研究的礦用帶式輸送機智能保護系統包括傳感器、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結構如圖1所示。

主控制單元采用51系列C8051F020單片機，主要執行處理收集數據任務，并配備彩色LCD顯示屏（單元顯示板本質軸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。作用是檢測驅動輥的溫度，運行中的驅動輥連續旋轉時會與皮帶摩擦接觸，產生熱量。因此，可以用紅外溫度傳感器檢測，傳感器安裝在驅動輥旁邊的機架上，紅外探頭延伸到距離驅動輥150mm處，當檢測到溫度達到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結構

（3）速度傳感器。用于檢測膠帶速度，一般安裝在驅動輥附近，傳感器輪與底部皮帶貼合，隨皮帶一起旋轉，以確定皮帶速度是否與設定值匹配。連接傳感器和主機的電纜不應超過450m。當皮帶速度達到標稱速度的50%以上并維持15s以上時，將激活速度傳感器，當皮帶速度小于或等于標稱速度的50%或大于或等于標稱速度的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，應安裝在驅動裝置上方米內的下風口處，高度盡量靠近膠帶上的物料。當煙霧濃度大于等于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生的煙霧，其安裝高度、安裝位置尤為關鍵，通常安裝在距離驅動器上部4m以內的向下通風口中，高度應盡可能靠近皮帶上的材料。當探測到煙霧濃度在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。本次研究的系統使用無方向性的機械傳感器：當煤位接觸到傳感器的觸桿使其偏離角超過18°，持續3s則發送停機控制信號。

（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，導致皮帶縱向撕裂。沿傳送帶的移動方向安裝，當檢測輸送帶表面上的物料達到動作值時，發出一個切換信號，以將縱向皮帶斷裂信號發送到傳送帶的保護裝置。

2 礦用帶式輸送機智能保護系統軟件設計

根據上位機和下位機的功能，軟件設計可以分為系統初始化硬件資源的配置程序和系統保護管理程序。其中，系統初始化程序主要包括內部系統資源的初始化，例如看門狗定時器，系統時鐘等以及用于在操作期間分配地址和設置變量的初始值，為系統設置變量初始值，如控制寄存器的初始值；系統保護管理程序主要由控制設備的功能模塊組成，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。打開系統并將其重置后，初始化程序將執行一次，以確定是否按下雙向緊急停止按鈕以及系統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。如果有則執行適當的中斷程序，處理完中斷程序后，返回并繼續檢測是否有中斷請求。每個中斷源都有一個默認的中斷優先級順序。中斷優先級可以由優先級控制器設置，以設置優先級處理程序的優先級。初始化完成后，設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，等待中斷請求，如通信中斷、定時器中斷、外部中斷、緊急停止開關中斷，其中外部中斷具有最高的優先級。

3 結語

綜上所述，開發了一種智能帶式輸送機保護系統。該系統以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據，并以循環方式全面分析和評估輸送機的運行狀態，實現智能保護功能，保護效果比較理想。