带式输送机综合故障报警系统研究_葛庆帅.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 带式输送机具有运量大， 运输距离长， 运输效率高等 特点， 是我国煤炭生产运输的主要工具之一[1～3]。皮带 输送机出厂安装时，往往仅具有基本的运输功能， 并 不具备完善的安全保护装置，由于煤矿井下环境恶 劣， 因此， 煤矿安全规程规定， 带式输送机需要安装驱 动轮防打滑装置、 堆煤保护装置、 烟雾保护、 温度保护 以及防跑偏装置等[4～6]。 在矿井主要运输巷道内还应布 置带式输送机防撕装置。 对皮带输送机的运行状态进 行监测， 出现故障时及时发出报警信息， 对保证皮带 输送机平稳高效运行具有重要的促进作用。 1综合报警系统总体结构及传感器布置 根据皮带输送机运行情况， 设计了一种具备语音 报警功能的皮带输送机综合报警系统， 系统的主要构 成有监测传感器、 信号调节器、 编码器、 主控制器以及 语音报警器等， 结构组成如图 1 所示。基本思路是通 过传感器来实现皮带运行状态的监测，发出异常时， 经过信号调节器、编码器对监测到的信息处理之后， 传输给主控制器， 主控制器向语音报警器发出控制质 量， 并在触摸屏上显现故障警示。 传感器是整个报警监控系统主要的信号来源， 通 过在皮带输送机中安设各种安全监控传感器， 来实现 对皮带输送机的运行状态进行监控， 具体的传感器布 置见表 1。 图 1综合故障报警系统结构框图 表 1传感器具体布置情况 带式输送机综合故障报警系统研究 葛 庆 帅 （霍州煤电集团晋南煤业有限公司 ，山西 运城 043301 ） 摘要 为有效地对皮带输送机故障进行监测报警， 在单片机以及 JQ6500 语音控制芯片基础上设计 了一种具有自动语音播报功能的皮带输送机综合故障报警系统。并对系统的主体结构、 传感器、 信号 调理及编码器、 主控制器、 语音报警器等结构进行阐述， 设计的故障报警系统结构可靠， 能够及时报 警， 语音播报清晰， 在一定程度上可以提升矿井皮带运输的安全系数。 关键词 皮带输送机 ； 故障监测 ； 报警系统 中图分类号 TD634.1文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0142- 03 Research on Integrated Fault Alarm System of Belt Conveyor GE Qingshuai （Huozhou Coal and ElectricityGroup Jinnan Coal IndustryCo., Ltd. , Yuncheng 043301 , China ） Abstract In order to effectively alarm the belt conveyor failure, a comprehensive fault alarm system for belt conveyor with automatic voice broadcast function is designed based on the single chip microcomputer and JQ6500 voice control chip. The main structure, sensor, signal con- ditioning and encoder, main controller, voice alarm and other structures of the system are described. The designed fault alarm system is reli- able in structure, capable of timely alarming, clear voice announcement, and can enhance the mine to a certain extent. Safety factor for belt transport. Key words belt conveyor ; fault monitoring; alarmsystem 传感器 类型 型号安装位置作用 烟雾 传感器 KGN1 机头， 下风 侧顶板上 对皮带或者煤炭产生的烟雾进行监测 （无烟 雾时为高电平， 有烟雾时为低电平 ） 温度 传感器 GWD90 减速器、 滚 筒等轴承、 驱 动 电 机 机壳等 对布置点的温度进行监测， 当发现监测温度 异常自动切断皮带机电源， 实现对皮带机保 护 （正常状态是高电平、 温度异常为低电平 ） 跑偏 传感器 GEJ-15 头 部 、尾 部、 中部 对皮带机胶带的扭曲程度以及跑偏量进行 监测 张力 传感器 GAD10机头位置 对胶带张紧力进行测量， 防止出现皮带张力 下降或者过大引起皮带故障 堆煤 传感器 GUJ30机头、 煤仓对堆积的煤炭高度进行监测 速度 传感器 GSH5导向滚筒对皮带机运行速度进行监测 撕裂 传感器 GVD1200 机头部后面 第二架上 对皮带输送机胶带是否存在撕裂进行监测 142 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 2信号调理及编码 设计的综合故障报警系统中的信号调理主要是 对传感器监测输出的电阻信号、 电压信号、 电流信号、 开关信号灯调理成编码器可以识别的标准 TTL 电平 信号。 编码器通过输入的 TTL信号进行分级编码。 为 了给主控制器节省大量的端口， 对 2 块 74LS148 芯片 组进行扩展， 形成为 4- 16 优先编码器， 具体电路结构 如图 2 所示。 图 2编码器电路结构 从图 2 可以看出， 扩展后形成的 4- 16 优先编码 器内部电路中高位片 U2编码始终处于有效作用状 态， UccU2 EI， 当高位片 U2编码允许且未接受到故障 信息时， 低位片 U1编码才能有效允许， U1 EIU2 GS， 从 S01 到 S16 编码信号的优先级别依次上升。 扩展之 后形成的 16- 4 优先编码器将信号传输到主控制器内 控制芯片 （STC89C52RC ） 的 P1 端口， 以便主控制器 对故障信息进行读取以及识别。 3主控制器 3.1结构组成 主控制器的结构主要有 PLC 单片机、 电源电路、 晶振电路以及复位电路等组成。PLC单片机的 P0 端 用来与上拉电阻进行连接， P1 端口使用对传感器监 测到的信息进行收集， P3.1 以及 P3.2 端口用于跟语 音报警器进行连接， 向语音报警器发出控制指令， P3. 3 以及 P3.4 端口用于对本地测试数据读取， P3.5 端 口用以在触摸屏上显示皮带输送机的工作状态， 其余 的控制端口则用于系统的扩展功能， 具体的主控制器 内部电路结构如图 3 所示。 图 3主控制器内部电路结构 3.2工作流程 主控制器中的单片机采用工业级控制处理芯片， 具有较强的抗干扰能力，在特定的开发环境中 （Keil uVision4 开发环境 ） ，可以通过 C 语言对结构功能进 行设顶， 完成系统的初始化、 故障信号读取， 向语音报 警器发出控制指令等， 具体的工作流程如图 4 所示。 图 4主控制器工作流程 4语音报警器 语音报警器主要包括 JQ6500 语音控制芯片、 功 率放大器以及 TF 卡 （T- Flash 卡） 等部分组成， 具体 的模块结构如图 5 所示。 图 5语音报警器结构组成 JQ6500 语音控制芯片由 24 个管脚组成， 并采用 SSOP 塑料进行封装，芯片组采用的较为先进的 SOC 控制方案， 内部集成了一个微型的控制器以及一个音 频数字信号处理器， 可以较为方便的与单片机的 P3.1 及 P3.2 端口进行信息通信，并通过单片机的串联接 口对语音播放进行控制，信息的传输宽度可以达到 9600bps。 当检测到皮带输送机存在故障， 需要进行语音故 障播报时， 主控制器中的单片机便会向语音报警器中 的 JQ6500 语音控制芯片发出控制质量，具体类型为 [7E 04 03 XX XX EF]，上述 XX XX 表示 4 位 16 进 程， 数值的取值范围在 0～65535 之间， 具体的数值由 编码器进行设定， 例如， 将音频文件 01.mp3 内容设定 为 “皮带机运行超速， 请减速” ， 将 02.mp3 文件内容设 定为 “皮带输送机有烟雾， 危险” ， 当主控制器接收到 速度传感器传输的监测信号超过设定的皮带机运输 速度控制值时，主控制器单片机就会向 JQ6500 语音 控制芯片发出[7E 04 03 00 01 EF]控制指令， JQ6500 语音控制芯片就会读取存储在 TF 卡中的 01.mp3 文 143 ChaoXing （上接第 141 页 ） 强支护前的巷道表面移近量分别减少了约 24和 61。工作面回采过程中巷道表面位移量均在允许 范围内， 巷道支护情况良好， 能够保证回采期间巷道 正常安全的使用，所以该巷道的支护优化措施设计 合理。 4结论 1 ） 通过 Flac3D 软件建立 18501 综采工作面沿空 掘巷模型研究窄煤柱内应力特征及位移分布规律， 发 现西曲矿 18501 工作面回风顺槽沿空掘巷 10m 窄煤 柱留设合理， 但回风顺槽围岩表面位移量较大， 两帮 移近量较大， 对回采工作面的通风和安全生产带来一 定困难， 所以需要对回风顺槽进行补强支护。 2 ） 通过现场实测发现在采取加打顶板锚索、 巷帮 锚杆并添加树脂锚固剂的巷道补强支护措施及实体 煤侧巷帮扩刷等围岩控制措施后， 沿空巷道两帮及顶 板的变形量较之前分别减少了 24和 61，巷道表 面位移量控制在允许范围内， 因此 18501 工作面的回 采巷道支护优化措施合理，能够保证 10m 窄煤柱护 巷条件下巷道在回采期间正常安全的使用。 参考文献 [1] 蒋力帅. 工程岩体劣化与大采高沿空巷道围岩控制原理 研究[D].中国矿业大学 （北京） ,2016. 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