煤矿带式输送机故障报警系统的综合研究.pdf

时 代 农 机 TIMES AGRICULTURAL MACHINERY 2020年第 5 期 第 47 卷第 5 期 Vol.47No.5 2020 年 5 月 May. 2020 煤矿带式输送机故障报警系统的综合研究 陈强 （平煤股份八矿， 河南 平顶山 467000） 摘要 为了有效监测和报警皮带输送机的故障， 保障皮带运输机的安全平稳运行， 除了单 片机和 JQ6500 语音控制芯片的设计， 还配合以自动语音广播功能的皮带来组成综合故障报警系 统。文章在行文中诠释了系统的主要结构， 其中， 包括传感器， 信号调节和编码器， 主控制器等在 内的语音警报等， 与此同时， 设计的故障报警系统在结构和功能上都稳定可靠， 报警系统和广播 系统分工协作， 可以在一定水平上提高矿带运输的安全系数。 研究结论以期为提高矿井皮带的安 全系数， 有效提高皮带运输机的运输效率提供一定的指导和参考， 并在此基础上能有效地增大煤 矿产量， 提高煤矿企业的经济效益。 关键词 皮带运输机； 故障报警； 报警系统 皮带运输机不管在运输量还是运输距离上要 求都较为严格， 因此在运输效率上与其他运输工具 相比具有很大优势。我国煤炭生产和运输主要都是 借助皮带运输机来完成。皮带运输机的基本功能是 进行物料运输， 因此在工厂进行组装时仅仅只会满 足这个功能,对于机器的平稳运行等方面缺乏保障, 并且在恶劣的井下环境中容易发生各种突发状况。 为保障煤矿井下工作的安全性，煤矿安全法规规 定， 皮带输送机必须安装驱动轮的防滑装置， 煤堆 保护装置， 防烟、 温度保护和防偏离装置。带式输送 机防撕裂装置也应布置在矿井的主要运输通道中。 监控皮带输送机的运行状态， 并在发生故障时及时 发出告警信息， 对于促进皮带输送机的平稳高效运 行具有重要作用。 1报警系统结构和传感器 本研究基于带式输送机的运行功能和原理， 为 满足实际使用需求, 设计了一种包含语音报警功能 的带式输送机综合报警系统。该系统的主要组件是 监视传感器， 信号调节器， 编码器， 主控制器和语音 警报。 具体部件构成见图 1。 该设计的核心原理是利 用传感器的感应功能来监视皮带的运行状态。当皮 带在运行过程中有故障产生时， 检测到的信息由信 号调节器和编码器进行处理， 然后通过主控制器将 信号发送到语音报警器进行语音播报。故障警告出 现在触摸屏上。 该综合警报监控系统的信号主要是在设备内 部的传感器提供的。在设计中提出在皮带输送机中 安装好各种安全监视传感器， 用来了解并控制皮带 输送机的运行状态。 图 1 综合故障报警系统结构框图 2信号调理及编码 综合故障报警系统在考虑信号调节的问题时， 主要是将传感器接收到的电阻信号，电压信号， 电 流信号和开关信号等进行输出, 并根据实际需要进 行调整， 调整为编码器可以识别的标准 TTL 电平信 号。 编码器的作用主要是通过输入的 TTL 信号来执 行分层编码的操作。为了达到主控制器节省端口的 目的，将两个 74LS148 芯片组被扩展以形成 4-16 优先级编码器， 具体电路结构如图 2 所示。 图 2 编码器电路结构 作者简介 陈强 （1975-） ， 男， 河南驻马人， 大学本科， 助理工程 师， 主要研究方向 煤矿机电安装。 63 时 代 农 机 TIMES AGRICULTURAL MACHINERY 第 47 卷第 5 期 Vol.47No.5 2020 年 5 月 May. 2020 2020年第 5 期 从图 2 中可以看出，扩展后形成的 4-16 优先 级编码器内部电路中的高阶切片 U2 码始终处于有 效状态， UccU2 EI。当允许上层切片的 U2 码且未 接收到故障信息时， 可以有效地下层切片的 U1 码。 U1 EIU2 GS， 从 S01 到 S16 的编码信号的优先级 顺序增加。最后将通过扩展后的 16-4 优先级编码 器来进行信号传输, 为了方便主控制器对故障信息 进行读取甚至是识别, 将信号传输到主控制器中控 制芯片 （STC89C52RC） 的 P1 端口来进行处理。 3主控制器 （1） 结构组成。主控制器的结构较为复杂,主要 包括 PLC 单片机， 电源电路， 晶体振荡器电路和复 位电路等部件。PLC 的 P0 端口的用途是连接上拉 电阻， P1 端口的用途是进行收集传感器监控的信 息。 P3.1 和 P3.2 端口分别是用于连接语音报警器和 向语音警报发送控制命令， P3.3 和 P3.4 端口用于读 取本地测试数据， P3.5 端口用于在触摸屏上显示皮 带输送机的工作状态， 其余控制端口用于系统的扩 展功能。 （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， 具有很强的抗干扰能力。在特定 的开发环境 （Keilu Vision4 开发环境） 中， 可以通过 C 语言设置结构功能以完成系统初始化，读取故障 信号并将控制命令发送到语音警报。实际中得工作 流程如下图 3 所示。 图 3 主控制器工作流程 4语音报警器 语音报警器主要包括三个重要组成部分,即 JQ6500 语音控制芯片，功率放大器和 TF 卡（T- Flash 卡） 。 JQ6500 语音控制芯片由 24 针组成，并采用 SSOP 塑料进行包装封口。该芯片组采用了极其先 进的 SOC 控制方案， 该方案将微型控制器和音频数 字信号处理器集成在一起， 可以更加方便， 并且单 片机的 P3.1 和 P3.2 端口进行信息通信和控制。通 过单片机的串行接口进行语音播放。信息的传输宽 度可以达到 9600bps。 当检测到皮带输送机有故障， 需要广播语音故 障时， 主控制器中的单片机将控制质量发送给语音 报警中的 JQ6500 语音控制芯片， 具体类型为[7E04 03 XX XX EF]，上面的 XX XX 表示一个 4 位 16 进程， 值的范围是 065535。特定值由编码器设置。 例如， 将音频文件 01.mp3 的内容设置为 “皮带输送 机超速。请放慢速度” ， 将 02.mp3 文件的内容设置 为 “皮带输送机冒烟和危险” 。当控制器接收到速度 传感器发送的监控信号超过设定的皮带输送机速 度控制值时， 主控制器 MCU 会将[7E 04 03 00 01 EF]控制命令发送到 JQ6500 语音控制芯片， JQ6500 语音控制芯片将读取存储在 TF 卡中的 01.mp3 文 件， 语音警报将发出 “皮带输送机超速运行。请减 速” 语音警报； 当主控制器接收到烟雾传感器监控 信号并判断皮带输送机头位置处有烟雾时， 主控制 器 MCU 将向 JQ6500 语音控制芯片发送[7E 04 03 00 02 EF] 控制命令， JQ6500 语音控制芯片将读取 TF 卡中存储的 02.mp3 文件，并且语音警报将发出 “平滑， 危险的传送带” 语音警报。 为了保证 TF 卡中 存储下来的 mp3 文件的语音质量处于正常状态， 在 设计中提出语音源文件采用高质量的录音文件， 然 后再对录音的音频进行处理， 并通过专业的语音处 理文件进行分割， 根据需要命名所需的语音信息,最 后将处理好的信息存储在 TF 卡之中。 5结语 皮带运输机是煤矿井下煤炭开采和运输的重 要工具， 因此它的正常运行在确保煤矿作业的安全 高效进行中起到了重要作用。另外带式输送机的综 合故障报警系统可以对皮带运输机的实际运行状 态进行实时监控， 当皮带输送机在运行过程中出现 任何故障时， 会及时发出报警信息， 辅助工作人员 进行故障排除与解决，以确保皮带输送机的安全。 本研究提出的皮带输送机综合故障报警系统主要 是通过在皮带运输机内部设置传感器， 然后根据单 片机来判断传感器上面的监控信息。当确定皮带输 送机出现故障时，将控制命令发送给 JQ6500 语音 控制芯片， 有效地实现了皮带输送机故障的监测和 故障报警，可以极大地提高矿井皮带的安全系数， 有效提高皮带运输机的运输效率， 增大煤矿产量。 64