基于单片机的带式输送机断带保护装置控制

赵志强+高新斐

摘 要：带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备（如机车类）相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭开采机电一体化技术与装备的关键设备。

关键词：单片机；带式输送机；断带保护

引言：带式输送机主要特点是机身可以很方便的伸缩，设有储带仓，机尾可随采煤工作面的推进伸长或缩短，结构紧凑，可不设基础，直接在巷道底板上铺设，机架轻巧，拆装十分方便。当输送能力和运距较大时，可配中间驱动装置来满足要求。根据输送工艺的要求，可以单机输送，也可组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料。

1 控制系统结构

在煤矿机械化生产进程中，带式输送机因为具有运输距离长、能耗低、运量大等优点在煤矿连续运输机械中占有主导地位[1]。为了适应煤矿扩大产能、提高生产效率的生产需求，带式输送机正向着更大运距、更大运量和更高运速的方向发展。由于煤矿井下运输条件复杂，而且输送带长期处于高负载连续工作状态下，对于输送带的运输性能和硫化接头的质量提出了较高的要求。尤其是在大倾角向上运输过程中，机头附近承载的输送带的内应力非常大，如果接头强度不足，或者使用维护不当，发生断带的可能性较大。如果发生意外断带事故，长距离输送带上承载的物料就会滑下运输机，严重时会损坏带式输送机机架、堵塞运输巷道、损坏周围设备，甚至会造成人员伤亡，不仅对煤矿生产效率影响严重，更会威胁到煤矿生命财产安全[2]。

控制系统采用高速低功耗的C8051单片机，利用断带信号检测装置自动触发该系统。使用内部数据转换模块对断带信号进行采集，并经过A/D转换后直接存储到XRAM中。采集数据结束后，利用无线发射模块将数据传递给PC机，由分析软件显示该断带信号，从而及时进行断带保护动作。

2 控制系统设计

带式输送机因其能够实现长距离高效率连续运输，其安全可靠性对于煤矿企业生产具有重要影响。输送带一旦发生断带事故，将会给煤矿企业造成严重损失。因此，深入研究带式输送机断带保护装置，对保证煤矿安全生产具有重要意义。本文基于C8051单片机设计并研制了一套能够实时采集断带信号，并无线通讯传递给上位机进行数据分析的断带保护控制系统。该系统能够实现高速准确抓捕断带，具有检测准确、性能可靠、功耗低等优点。

2.1 传感器

本文利用传感器检测断带的加速度，能够利于断带抓捕器更精确的抓捕断带。综合考虑传感器的灵敏度和频率响应等因素，选用LC0701-3型号传感器。其输出电压信号为0.6～4.4V，为了适应单片机C8051F020的端口电压，将传感器的输出信号利用电阻分压后采集到单片机内部ADC0模块的AIN0.0进行AD转换。从传感器的设计出发，要尽可能提高传感器本身的性能，严格控制其生产的各个环节，以实现小型化、高性能、标准化输出的目标。但是，随着计算机和微电子技术的高速发展，尤其是单片机的系列化发展，其强大的运算能力，微小的体积以及低廉的价格，对传感器的传统研究方式带来了重大的变革。单片机对提高传感器稳定性的作用稳定性是指传感器在长时间工作下输出量发生的变化，它作为传感器的一项重要的技术指标，目前在多方面已得到了越来越多的重视。而在智能传感器的研究制造中，由于传感器的其他一些性能指标，如灵敏度、分辨力、抗干扰能力等均可通过低程序加以修正，因此很多人把传感器的长期稳定性放在了工作的首位。为了提高传感器的稳定性，避免在长时间的工作下产生非线性的误差，我们可利用单片机技术来修正非线性误差从而提高传感器的稳定性。

2.2 电源模块

控制系统的电源模块为整个下位机系统供电电压为9V，LM2576HVS芯片和LM2576HVS芯片为系统提供3.3V和5.0V电压。控制系统还将采集检测前后时刻AIN0.1口处的1/4电源电压信号，并将该电压信号转换为数据信号后传递给单片机，由单片机根据电压信号进行判断下一步动作。该电源模块具有功耗低、发热量小等优点。

2.3 无线收发模块

基于有限通讯存在的井下特殊环接线困难、仪器安装时间长、操作不方便等问题，本文选自无线收发模块用于实现检测数据和命令动作的传输。本文选用SRWF-501无线收发模块，发射频率为425.9292MHz，波特率为9600bps，并以SR WF-501的TTL的UART方式与单片机C8051F020直接相连，实现单片机与无线收发模块的可靠数据连接。上位机处，则采用市场上通用的USB转RS232连接线实现无线收发模块与笔记本电脑的连接，并利用电脑USB端口输出的5V电压为无线收发模块供电。

2.4 单片机

C8051F020单片机是本文设计的控制系统的核心元件，具有功耗低、操作简便、易于实现控制等优点。C8051F020单片机采用流水线指令结构，70%指令执行时间为1个或2个系统时钟周期，速度可达25MIPS，可在工业温度范围-45℃～+85℃内工作，且功耗低，是一款非常适合于恶劣环境工作的快速8位单片机[4]。控制系统设计采样时间为10s，每秒100个数据，共需要采集1000个数据。单片机的12位ADC0模块采样，需要2KB以上的存储空间，而C8051F020内部XRAM為4KB，能够满足控制系统存储要求，不需要拓展外部存储空间。这样可以减少单片机外围芯片数量，简化电路设计，降低成本，减小控制仪器的体积，能够更好的适应煤矿井下的复杂环境。

2.5 工作流程

带式输送机[1] 又称胶带输送机，广泛应用于家电、电子、电器、机械、烟草、注塑、邮电、印刷、食品等各行各业，物件的组装、检测、调试、包装及运输等。

线体输送可根据工艺要求选用[2] ：普通连续运行、节拍运行、变速运行等多种控制方式；线体因地制宜选用：直线、弯道、斜坡等线体形式 输送设备包括：皮带输送机也叫带式输送机或胶带输送机等，是组成有节奏的流水作业线所不可缺少的经济型物流输送设备。皮带机按其输送能力可分为重型皮带机如矿用皮带输送机，轻型皮带机如用在电子塑料，食品轻工，化工医药等行业。

皮带输送机具有输送能力强，输送距离远，结构简单易于维护，能方便地实行程序化控制和自动化操作。运用输送带的连续或间歇运动来输送100KG以下的物品或粉状、颗状物品，其运行高速、平稳，噪音低，并可以上下坡传送。

下位机采集到断带信号后经A/D转换传递给上位机，上位机分析数据并发出动作指令，再由下位机控制执行指令。上位机为笔记本电脑，携带方便，能够满足现场试验要求。

参考文献：

[1] 王启广，李炳文，黄嘉兴.采掘机械与支护设备[M].中国矿业大学出版社，2006.

[2] 王雷，杨建奎.带式输送机用断带保护装置的研究现状[J].煤矿机械，2009，（10）：118-120.

[3] 李学伟.带式输送机断带抓捕器的应用现状与技术探讨[J].煤矿机械，2013，34（08）：225-226.endprint