煤礦帶式輸送機故障報警系統的綜合研究

陳 強

（平煤股份八礦，河南 平頂山467000）

皮帶運輸機不管在運輸量還是運輸距離上要求都較為嚴格，因此在運輸效率上與其他運輸工具相比具有很大優勢。我國煤炭生產和運輸主要都是借助皮帶運輸機來完成。皮帶運輸機的基本功能是進行物料運輸，因此在工廠進行組裝時僅僅只會滿足這個功能，對于機器的平穩運行等方面缺乏保障，并且在惡劣的井下環境中容易發生各種突發狀況。為保障煤礦井下工作的安全性，煤礦安全法規規定，皮帶輸送機必須安裝驅動輪的防滑裝置，煤堆保護裝置，防煙、溫度保護和防偏離裝置。帶式輸送機防撕裂裝置也應布置在礦井的主要運輸通道中。監控皮帶輸送機的運行狀態，并在發生故障時及時發出告警信息，對于促進皮帶輸送機的平穩高效運行具有重要作用。

1 報警系統結構和傳感器

本研究基于帶式輸送機的運行功能和原理，為滿足實際使用需求， 設計了一種包含語音報警功能的帶式輸送機綜合報警系統。該系統的主要組件是監視傳感器，信號調節器，編碼器，主控制器和語音警報。具體部件構成見圖1。該設計的核心原理是利用傳感器的感應功能來監視皮帶的運行狀態。當皮帶在運行過程中有故障產生時，檢測到的信息由信號調節器和編碼器進行處理，然后通過主控制器將信號發送到語音報警器進行語音播報。故障警告出現在觸摸屏上。

該綜合警報監控系統的信號主要是在設備內部的傳感器提供的。在設計中提出在皮帶輸送機中安裝好各種安全監視傳感器，用來了解并控制皮帶輸送機的運行狀態。

圖1 綜合故障報警系統結構框圖

2 信號調理及編碼

綜合故障報警系統在考慮信號調節的問題時，主要是將傳感器接收到的電阻信號，電壓信號，電流信號和開關信號等進行輸出， 并根據實際需要進行調整，調整為編碼器可以識別的標準TTL 電平信號。編碼器的作用主要是通過輸入的TTL 信號來執行分層編碼的操作。為了達到主控制器節省端口的目的，將兩個74LS148 芯片組被擴展以形成4-16優先級編碼器，具體電路結構如圖2 所示。

圖2 編碼器電路結構

從圖2 中可以看出，擴展后形成的4-16 優先級編碼器內部電路中的高階切片U2 碼始終處于有效狀態，Ucc=U2·EI。當允許上層切片的U2 碼且未接收到故障信息時，可以有效地下層切片的U1 碼。U1·EI=U2·GS，從S01 到S16 的編碼信號的優先級順序增加。最后將通過擴展后的16-4 優先級編碼器來進行信號傳輸， 為了方便主控制器對故障信息進行讀取甚至是識別， 將信號傳輸到主控制器中控制芯片（STC89C52RC）的P1 端口來進行處理。

3 主控制器

（1）結構組成。主控制器的結構較為復雜，主要包括PLC 單片機，電源電路，晶體振蕩器電路和復位電路等部件。PLC 的P0 端口的用途是連接上拉電阻，P1 端口的用途是進行收集傳感器監控的信息。P3.1 和P3.2 端口分別是用于連接語音報警器和向語音警報發送控制命令，P3.3 和P3.4 端口用于讀取本地測試數據，P3.5 端口用于在觸摸屏上顯示皮帶輸送機的工作狀態，其余控制端口用于系統的擴展功能。

（2）工作流程。主控制器中的單片機采用工業級控制處理芯片，具有很強的抗干擾能力。在特定的開發環境（Keilu Vision4 開發環境）中，可以通過C 語言設置結構功能以完成系統初始化，讀取故障信號并將控制命令發送到語音警報。實際中得工作流程如下圖3 所示。

圖3 主控制器工作流程

4 語音報警器

語音報警器主要包括三個重要組成部分，即JQ6500 語音控制芯片，功率放大器和TF 卡（TFlash 卡）。

JQ6500 語音控制芯片由24 針組成，并采用SSOP 塑料進行包裝封口。該芯片組采用了極其先進的SOC 控制方案，該方案將微型控制器和音頻數字信號處理器集成在一起，可以更加方便，并且單片機的P3.1 和P3.2 端口進行信息通信和控制。通過單片機的串行接口進行語音播放。信息的傳輸寬度可以達到9600bps。

當檢測到皮帶輸送機有故障，需要廣播語音故障時，主控制器中的單片機將控制質量發送給語音報警中的JQ6500 語音控制芯片，具體類型為[7E04 03 XX XX EF]，上面的XX XX 表示一個4 位16進程，值的范圍是0～65535。特定值由編碼器設置。例如，將音頻文件01.mp3 的內容設置為“皮帶輸送機超速。請放慢速度”，將02.mp3 文件的內容設置為“皮帶輸送機冒煙和危險”。當控制器接收到速度傳感器發送的監控信號超過設定的皮帶輸送機速度控制值時，主控制器MCU 會將[7E 04 03 00 01 EF]控制命令發送到JQ6500 語音控制芯片，JQ6500語音控制芯片將讀取存儲在TF 卡中的01.mp3 文件，語音警報將發出“皮帶輸送機超速運行。請減速”語音警報；當主控制器接收到煙霧傳感器監控信號并判斷皮帶輸送機頭位置處有煙霧時，主控制器MCU 將向JQ6500 語音控制芯片發送[7E 04 03 00 02 EF] 控制命令，JQ6500 語音控制芯片將讀取TF 卡中存儲的02.mp3 文件，并且語音警報將發出“平滑，危險的傳送帶”語音警報。為了保證TF 卡中存儲下來的mp3 文件的語音質量處于正常狀態，在設計中提出語音源文件采用高質量的錄音文件，然后再對錄音的音頻進行處理，并通過專業的語音處理文件進行分割，根據需要命名所需的語音信息，最后將處理好的信息存儲在TF 卡之中。

5 結 語

皮帶運輸機是煤礦井下煤炭開采和運輸的重要工具，因此它的正常運行在確保煤礦作業的安全高效進行中起到了重要作用。另外帶式輸送機的綜合故障報警系統可以對皮帶運輸機的實際運行狀態進行實時監控，當皮帶輸送機在運行過程中出現任何故障時，會及時發出報警信息，輔助工作人員進行故障排除與解決，以確保皮帶輸送機的安全。本研究提出的皮帶輸送機綜合故障報警系統主要是通過在皮帶運輸機內部設置傳感器，然后根據單片機來判斷傳感器上面的監控信息。當確定皮帶輸送機出現故障時，將控制命令發送給JQ6500 語音控制芯片，有效地實現了皮帶輸送機故障的監測和故障報警，可以極大地提高礦井皮帶的安全系數，有效提高皮帶運輸機的運輸效率，增大煤礦產量。