帶式輸送機綜合故障報警系統(tǒng)研究

葛慶帥

（霍州煤電集團晉南煤業(yè)有限公司 ，山西 運城 043301）

帶式輸送機具有運量大，運輸距離長，運輸效率高等特點，是我國煤炭生產(chǎn)運輸?shù)闹饕ぞ咧籟1～3]。皮帶輸送機出廠安裝時，往往僅具有基本的運輸功能，并不具備完善的安全保護裝置，由于煤礦井下環(huán)境惡劣，因此，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，帶式輸送機需要安裝驅(qū)動輪防打滑裝置、堆煤保護裝置、煙霧保護、溫度保護以及防跑偏裝置等[4～6]。在礦井主要運輸巷道內(nèi)還應(yīng)布置帶式輸送機防撕裝置。對皮帶輸送機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，出現(xiàn)故障時及時發(fā)出報警信息，對保證皮帶輸送機平穩(wěn)高效運行具有重要的促進作用。

1 綜合報警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及傳感器布置

根據(jù)皮帶輸送機運行情況，設(shè)計了一種具備語音報警功能的皮帶輸送機綜合報警系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要構(gòu)成有監(jiān)測傳感器、信號調(diào)節(jié)器、編碼器、主控制器以及語音報警器等，結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。基本思路是通過傳感器來實現(xiàn)皮帶運行狀態(tài)的監(jiān)測，發(fā)出異常時，經(jīng)過信號調(diào)節(jié)器、編碼器對監(jiān)測到的信息處理之后，傳輸給主控制器，主控制器向語音報警器發(fā)出控制質(zhì)量，并在觸摸屏上顯現(xiàn)故障警示。

傳感器是整個報警監(jiān)控系統(tǒng)主要的信號來源，通過在皮帶輸送機中安設(shè)各種安全監(jiān)控傳感器，來實現(xiàn)對皮帶輸送機的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，具體的傳感器布置見表1。

圖1 綜合故障報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

表1 傳感器具體布置情況

2 信號調(diào)理及編碼

設(shè)計的綜合故障報警系統(tǒng)中的信號調(diào)理主要是對傳感器監(jiān)測輸出的電阻信號、電壓信號、電流信號、開關(guān)信號燈調(diào)理成編碼器可以識別的標準TTL電平信號。編碼器通過輸入的TTL信號進行分級編碼。為了給主控制器節(jié)省大量的端口，對2塊74LS148芯片組進行擴展，形成為4-16優(yōu)先編碼器，具體電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 編碼器電路結(jié)構(gòu)

從圖2可以看出，擴展后形成的4-16優(yōu)先編碼器內(nèi)部電路中高位片U2編碼始終處于有效作用狀態(tài)，Ucc=U2·EI，當(dāng)高位片U2編碼允許且未接受到故障信息時，低位片 U1編碼才能有效允許，U1·EI=U2·GS，從S01到S16編碼信號的優(yōu)先級別依次上升。擴展之后形成的16-4優(yōu)先編碼器將信號傳輸?shù)街骺刂破鲀?nèi)控制芯片（STC89C52RC）的P1端口，以便主控制器對故障信息進行讀取以及識別。

3 主控制器

3.1 結(jié)構(gòu)組成

主控制器的結(jié)構(gòu)主要有PLC單片機、電源電路、晶振電路以及復(fù)位電路等組成。PLC單片機的P0端用來與上拉電阻進行連接，P1端口使用對傳感器監(jiān)測到的信息進行收集，P3.1以及P3.2端口用于跟語音報警器進行連接，向語音報警器發(fā)出控制指令，P3.3以及P3.4端口用于對本地測試數(shù)據(jù)讀取，P3.5端口用以在觸摸屏上顯示皮帶輸送機的工作狀態(tài)，其余的控制端口則用于系統(tǒng)的擴展功能，具體的主控制器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 主控制器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)

3.2 工作流程

主控制器中的單片機采用工業(yè)級控制處理芯片，具有較強的抗干擾能力，在特定的開發(fā)環(huán)境中（Keil uVision4開發(fā)環(huán)境），可以通過C語言對結(jié)構(gòu)功能進行設(shè)頂，完成系統(tǒng)的初始化、故障信號讀取，向語音報警器發(fā)出控制指令等，具體的工作流程如圖4所示。

圖4 主控制器工作流程

4 語音報警器

語音報警器主要包括JQ6500語音控制芯片、功率放大器以及TF卡（T-Flash卡）等部分組成，具體的模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 語音報警器結(jié)構(gòu)組成

JQ6500語音控制芯片由24個管腳組成，并采用SSOP塑料進行封裝，芯片組采用的較為先進的SOC控制方案，內(nèi)部集成了一個微型的控制器以及一個音頻數(shù)字信號處理器，可以較為方便的與單片機的P3.1及P3.2端口進行信息通信，并通過單片機的串聯(lián)接口對語音播放進行控制，信息的傳輸寬度可以達到9600bps。

當(dāng)檢測到皮帶輸送機存在故障，需要進行語音故障播報時，主控制器中的單片機便會向語音報警器中的JQ6500語音控制芯片發(fā)出控制質(zhì)量，具體類型為[7E 04 03 XX XX EF]，上述XX XX表示4位16進程，數(shù)值的取值范圍在0～65535之間，具體的數(shù)值由編碼器進行設(shè)定，例如，將音頻文件01.mp3內(nèi)容設(shè)定為“皮帶機運行超速，請減速”，將02.mp3文件內(nèi)容設(shè)定為“皮帶輸送機有煙霧，危險”，當(dāng)主控制器接收到速度傳感器傳輸?shù)谋O(jiān)測信號超過設(shè)定的皮帶機運輸速度控制值時，主控制器單片機就會向JQ6500語音控制芯片發(fā)出[7E 04 03 00 01 EF]控制指令，JQ6500語音控制芯片就會讀取存儲在TF卡中的01.mp3文件，語音報警器就會發(fā)出“皮帶機運行超速，請減速”語音警報；當(dāng)主控制器接收到煙霧傳感器監(jiān)測信號，并判斷皮帶機機頭位置有煙霧時，主控制器單片機就會向JQ6500語音控制芯片發(fā)出 [7E 04 03 00 02 EF]控制指令，JQ6500語音控制芯片就會讀取存儲在TF卡中的02.mp3文件，語音報警器就會發(fā)出“皮帶輸送機有煙霧，危險”語音警報。

為了保證存儲在TF卡中的mp3文件語音質(zhì)量，語音源文件采用高品質(zhì)錄音文件，并通過專業(yè)語音處理文件對錄制的音頻進行處理分割，將需要的語音信息按照需要進行命名之后存儲在TF卡之中。

5 總 結(jié)

皮帶輸送機的正常運行對保證礦井的生產(chǎn)具有重要作用，皮帶輸送機綜合故障報警系統(tǒng)可以實現(xiàn)對皮帶輸送機運行狀態(tài)的監(jiān)測，當(dāng)皮帶輸送機運行出現(xiàn)異常時，及時的發(fā)出警報信息，保證皮帶機運輸安全。文中設(shè)計的皮帶輸送機綜合故障報警系統(tǒng)，通過單片機對布置在皮帶機上的傳感器監(jiān)測信息進行判定，當(dāng)判定皮帶機運行出現(xiàn)故障時向JQ6500語音控制芯片發(fā)出控制指令，有效的實現(xiàn)對皮帶機故障的監(jiān)測、故障報警，可以在一定程度上提升礦井皮帶運輸?shù)陌踩禂?shù)。