帶式輸送機(jī)綜合故障報(bào)警系統(tǒng)研究

葛慶帥

（霍州煤電集團(tuán)晉南煤業(yè)有限公司 ，山西 運(yùn)城 043301）

帶式輸送機(jī)具有運(yùn)量大，運(yùn)輸距離長(zhǎng)，運(yùn)輸效率高等特點(diǎn)，是我國(guó)煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ咧籟1～3]。皮帶輸送機(jī)出廠安裝時(shí)，往往僅具有基本的運(yùn)輸功能，并不具備完善的安全保護(hù)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(jī)需要安裝驅(qū)動(dòng)輪防打滑裝置、堆煤保護(hù)裝置、煙霧保護(hù)、溫度保護(hù)以及防跑偏裝置等[4～6]。在礦井主要運(yùn)輸巷道內(nèi)還應(yīng)布置帶式輸送機(jī)防撕裝置。對(duì)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，對(duì)保證皮帶輸送機(jī)平穩(wěn)高效運(yùn)行具有重要的促進(jìn)作用。

1 綜合報(bào)警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及傳感器布置

根據(jù)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)了一種具備語(yǔ)音報(bào)警功能的皮帶輸送機(jī)綜合報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要構(gòu)成有監(jiān)測(cè)傳感器、信號(hào)調(diào)節(jié)器、編碼器、主控制器以及語(yǔ)音報(bào)警器等，結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。基本思路是通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，發(fā)出異常時(shí)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)器、編碼器對(duì)監(jiān)測(cè)到的信息處理之后，傳輸給主控制器，主控制器向語(yǔ)音報(bào)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(gè)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)主要的信號(hào)來(lái)源，通過(guò)在皮帶輸送機(jī)中安設(shè)各種安全監(jiān)控傳感器，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，具體的傳感器布置見(jiàn)表1。

圖1 綜合故障報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

表1 傳感器具體布置情況

2 信號(hào)調(diào)理及編碼

設(shè)計(jì)的綜合故障報(bào)警系統(tǒng)中的信號(hào)調(diào)理主要是對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)輸出的電阻信號(hào)、電壓信號(hào)、電流信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)燈調(diào)理成編碼器可以識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)TTL電平信號(hào)。編碼器通過(guò)輸入的TTL信號(hào)進(jìn)行分級(jí)編碼。為了給主控制器節(jié)省大量的端口，對(duì)2塊74LS148芯片組進(jìn)行擴(kuò)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(kuò)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(shí)，低位片 U1編碼才能有效允許，U1·EI=U2·GS，從S01到S16編碼信號(hào)的優(yōu)先級(jí)別依次上升。擴(kuò)展之后形成的16-4優(yōu)先編碼器將信號(hào)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(duì)故障信息進(jìn)行讀取以及識(shí)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(jī)、電源電路、晶振電路以及復(fù)位電路等組成。PLC單片機(jī)的P0端用來(lái)與上拉電阻進(jìn)行連接，P1端口使用對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)到的信息進(jìn)行收集，P3.1以及P3.2端口用于跟語(yǔ)音報(bào)警器進(jìn)行連接，向語(yǔ)音報(bào)警器發(fā)出控制指令，P3.3以及P3.4端口用于對(duì)本地測(cè)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(jī)的工作狀態(tài)，其余的控制端口則用于系統(tǒng)的擴(kuò)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(jī)采用工業(yè)級(jí)控制處理芯片，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在特定的開(kāi)發(fā)環(huán)境中（Keil uVision4開(kāi)發(fā)環(huán)境），可以通過(guò)C語(yǔ)言對(duì)結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行設(shè)頂，完成系統(tǒng)的初始化、故障信號(hào)讀取，向語(yǔ)音報(bào)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(yǔ)音報(bào)警器

語(yǔ)音報(bào)警器主要包括JQ6500語(yǔ)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(yǔ)音報(bào)警器結(jié)構(gòu)組成

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

當(dāng)檢測(cè)到皮帶輸送機(jī)存在故障，需要進(jìn)行語(yǔ)音故障播報(bào)時(shí)，主控制器中的單片機(jī)便會(huì)向語(yǔ)音報(bào)警器中的JQ6500語(yǔ)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(jìn)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(jìn)行設(shè)定，例如，將音頻文件01.mp3內(nèi)容設(shè)定為“皮帶機(jī)運(yùn)行超速，請(qǐng)減速”，將02.mp3文件內(nèi)容設(shè)定為“皮帶輸送機(jī)有煙霧，危險(xiǎn)”，當(dāng)主控制器接收到速度傳感器傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)信號(hào)超過(guò)設(shè)定的皮帶機(jī)運(yùn)輸速度控制值時(shí)，主控制器單片機(jī)就會(huì)向JQ6500語(yǔ)音控制芯片發(fā)出[7E 04 03 00 01 EF]控制指令，JQ6500語(yǔ)音控制芯片就會(huì)讀取存儲(chǔ)在TF卡中的01.mp3文件，語(yǔ)音報(bào)警器就會(huì)發(fā)出“皮帶機(jī)運(yùn)行超速，請(qǐng)減速”語(yǔ)音警報(bào)；當(dāng)主控制器接收到煙霧傳感器監(jiān)測(cè)信號(hào)，并判斷皮帶機(jī)機(jī)頭位置有煙霧時(shí)，主控制器單片機(jī)就會(huì)向JQ6500語(yǔ)音控制芯片發(fā)出 [7E 04 03 00 02 EF]控制指令，JQ6500語(yǔ)音控制芯片就會(huì)讀取存儲(chǔ)在TF卡中的02.mp3文件，語(yǔ)音報(bào)警器就會(huì)發(fā)出“皮帶輸送機(jī)有煙霧，危險(xiǎn)”語(yǔ)音警報(bào)。

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

5 總 結(jié)

皮帶輸送機(jī)的正常運(yùn)行對(duì)保證礦井的生產(chǎn)具有重要作用，皮帶輸送機(jī)綜合故障報(bào)警系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)的發(fā)出警報(bào)信息，保證皮帶機(jī)運(yùn)輸安全。文中設(shè)計(jì)的皮帶輸送機(jī)綜合故障報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)對(duì)布置在皮帶機(jī)上的傳感器監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行判定，當(dāng)判定皮帶機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)向JQ6500語(yǔ)音控制芯片發(fā)出控制指令，有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶機(jī)故障的監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警，可以在一定程度上提升礦井皮帶運(yùn)輸?shù)陌踩禂?shù)。