斷電保護裝置在長距離帶式輸送行業電纜防盜中的應用

劉辰昊，季傳輝

（中交機電工程局有限公司，北京 100088）

0 引言

在礦石、煤炭等散貨碼頭，主要的物料輸送設備均為帶式輸送機。礦石、煤炭碼頭的吞吐量較大，物料一般在堆場儲存，場區占地面積大。近些年國家環保要求與民眾環境保護意識不斷加強，對于依靠港口建設的冶金行業工廠，礦石、煤炭等原材料更多的開始依靠長距離帶式輸送機完成運輸作業，汽運比例逐年降低，而對于礦山行業，原材料開采后的運輸多采用長距離管帶機，長距離帶式輸送行業需求日益增多，隨之而來的設備防盜問題也日益凸顯。目前，在長距離帶式輸送行業中，普遍采用在皮帶沿線設置維修電源箱來提供檢修電源，電源電纜具有線路長，導體截面大的特點，且平時處于待機狀態，只有檢修維護時才會使用，很難察覺斷電情況[1]。另外，對于長距離帶式輸送廊道，因建筑設計防火規范和消防部門要求，需留有不能封閉的安全疏散通道，因此供電電纜存在被盜的風險。本文以黃驊港帶式輸送機管廊項目為例，介紹斷電保護裝置在長距離帶式輸送行業電纜防盜中的應用。

1 斷電保護裝置設計

1.1 設計目的

對于長距離帶式輸送機沿線的維修電源箱電纜，當前行業中并沒有相應的斷電保護，對實時掌握供電線路情況與供電線路的防盜帶來了極大的不便，本設計的主要目的是通過斷電保護裝置，保證供電線路發生斷電情況時，使相應的負責人通過短信或電話形式及時收到斷電信息并及時做出反應。

1.2 設計方案

斷電保護裝置是由AT89C51以及單片機最小系統、降壓模塊、蜂鳴器、按鍵模塊、電源模塊、GSM模塊等部分組成。本裝置的系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

本裝置利用檢測失電信號來實現斷電保護功能，當單片機接收到失電信號時，可以選擇觸發蜂鳴器警報，也可以通過GSM模塊與用戶終端進行通信，將斷電情況實時反饋給用戶，用戶通過回復短信或接聽電話時直接按鍵來控制是否撤防，如已經到達斷電保護裝置附近也可通過紅外發射器向斷電保護裝置下達撤防指令。本裝置主程序工作流程圖如圖2所示。

圖2 裝置主程序工作流程圖

1.3 裝置硬件電路設計

根據斷電保護裝置的系統結構圖進行分析，確定系統各模塊的功能，對主要功能模塊的硬件電路進行設計。本裝置的單片機采用ATMEL公司推出的AT89C51單片機，最小系統包括上電復位電路和晶振電路[2]。單片機如圖3所示。

圖3 STC89C51

紅外發送電路設計采用NEC編碼協議的遙控器。NEC格式具有以下特征：（1）使用16位客戶代碼；（2）使用8位數據代碼；（3）引導碼間隔是9ms+4.5ms；（4）使用38kHz載波頻率。紅外接收電路設計采用集紅外接收和放大于一體，不需要添加其他外圍電路，就可以輸出與TTL電平兼容的信號的VS_1838b，以此來完成紅外遙控的發送于接收。

聲音報警電路采用的是蜂鳴器，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，這將導致單片機的IO口無法直接進行驅動，所以要使用放大電路用以驅動蜂鳴器，本次設計采用三極管來進行蜂鳴器的驅動[3]。

蜂鳴器驅動電路的外圍設計采用蜂鳴器、三極管再加上一個1K電阻接到單片機的IO口上。

裝置通信模塊采用SIMCOM公司的SIM900A，STC89C51單片機與SIM900A模塊之間通過串口進行通信。SIM900A是一款三頻段GSM／GPRS模塊，可在全球范圍內的EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz三種頻率下工作，能夠提供GPRS多信道類型多達10個，并且支持CS-1、CS-2、CS-3和CS-4四種GPRS編碼方案，內部集成了TCP／IP協議棧，并且擴展了TCP／IPAT指令，使利用該模塊開發數據傳輸設備變得特別簡單、方便[4]。

1.4 裝置軟件程序設計

根據主程序流程圖進行軟件程序設計，通過穩定的電源模塊給裝置進行供電，當單片機接收到失電信號的端口因為失電產生的低電平時，程序判斷為供電線路現在處于斷電情況。然后給蜂鳴器模塊I/O口一個高電平信號來使聲音警報觸發，失電信號通過串口調試助手配制相應數據來傳遞給GSM模塊，GSM模塊通過內置的SIM卡與用戶終端進行短信或電話通信，將斷電情況實時反饋給用戶，當用戶收到斷電警報信息后，可以通過回復“撤防”內容來給SIM900A模塊撤防信號，邏輯判斷成功后初始化GSM模塊，取消斷電警報。

當使用遠程遙控時，遙控器來發送紅外波，并由接收頭接收信號經過處理之后傳到單片機中，再經過程序運行處理來進行撤防。由前面的硬件介紹部分可知接收頭連接的是外部中斷1，當發射器發送信號時，外部中斷1打開，此時進入中斷程序，遙控器的不同按鍵有各自的鍵碼值，采用switch語句可返回各個按鍵代表的數字及功能，以此來實現遙控器對斷電保護裝置的控制[5]。

2 斷電保護裝置在長距離帶式輸送機中的應用

黃驊港帶式輸送機管廊項目帶式輸送機全長約12km，共分為四條皮帶機，最長一條長達6080米，沿線消防安全疏散門數量多，分布廣泛且不能封閉，廊道亦處于城市外郊、人煙稀少之處，安全防盜監管需要耗費較多的人力物力財力，監控探頭很難達到全覆蓋，讓不法分子有了可趁之機，供電線路實時斷電監控與安全防盜成為必須要關注與解決的問題。

在長距離帶式輸送機廊道中，維修電源箱數量多，供電距離長，電纜導體截面大，價值高，因其使用頻率低，不易察覺是否處于正常的供電狀態，電纜被盜后不能及時發現，當使用時才能發現問題，耽誤維修，耽誤生產，嚴重影響工作效率。

本文設計了一種斷電保護裝置來實時監測維修供電線路的工作情況，一旦維修電源箱斷電，相關人員就可以第一時間掌握供電線路信息，使維修箱電源電纜時刻處于被保護狀態，提高了維修工作效率與財產安全。由于維修電源箱采用鏈接的供電方式（如圖4），只需將斷電保護裝置安裝于供電線路最末端的維修電源箱內，線路上任意位置發生斷電，就會觸發線路末端的斷電保護裝置報警。

圖4 維修電源箱外部接線圖

斷電保護裝置的安裝使用如下圖所示：

當斷電保護裝置接收到失電信號時，會啟動內部GSM模塊與蜂鳴器模塊，蜂鳴器模塊啟動持續響起警報聲來示意周邊工作人員及震懾不法分子，如無需現場警報，不接蜂鳴器即可。同時GSM模塊會通過GSM網絡給預先設置好的多個緊急聯系人撥打電話并發送示警短信，在第一緊急聯系人沒有接聽電話時會依次撥打，不會因第一聯系人拒接電話或忽略短信而錯過報警信息，大大提高了安全防盜系數[6]。

圖5 斷電保護裝置安裝示意圖

3 結語

本文對長距離帶式輸送行業維修電源情況和特點進行了分析，提出了一種電纜實時監控的方案，通過對斷電報警原理的研究，設計了一種價格低廉的斷電保護裝置，并將其成功應用到長距離帶式輸送行業當中，加強了對維修線路電纜的實時監控力度，提高了供電線路的安全系數，降低了人力物力財力的消耗和電纜的失竊風險。經工程實際檢驗，本文提出的電纜實時監控方案一次性投入少且效果良好，凡是不方便巡檢或巡檢需要投入大量人力物力的固定配電線路，均可以推廣，具有很廣泛的應用前景。