皮带机输送机综合保护控制装置设计实例分析与研究

【摘 要】国外皮带输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是皮带输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状皮带输送机、空间转弯皮带输送机等各种机型；另一方面是皮带输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型皮带输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了皮带输送机动态分析与监控技术，提高了皮带输送机的运行性能和可靠性。该文就皮带机输送机综合保护控制装置设计实例进行了分析与研究，具有一定借鉴意义

【关键词】皮带机；保护装置；单片机

引言

皮带机输送机综合保护控制装置设计成本低，功能强大，运行可靠，且在井下的实际生产中取得了良好的使用效果，具有广阔的市场前景和经济效益。笔者针对综合保护控制装置设计中的原理和具体应用功能进行了具体的阐述，请同行给予探讨。

1 综合保护控制装置系统工作原理与框图

该装置充分利用单片机与大规模CPLD之间的互补性。、将此两类器件相结合的电路运用在工业现场的皮带运输机保护控制中，CPLD负责采集信号及预处理，单片机做数据运算、判断、控制、人机界面及通讯，实现了高性能的微机模式。通过配用不同的传感器来实现胶带运输机的低速、堆煤、跑偏、撕裂、烟雾、超温保护、并实现报警及自动洒水，同时具备沿线电铃信号自动打点停车功能。

2 核心器件的选型与设计

（1）CPU核心器件的选型是CPLD+单片机。单片机具有性能价格比高，功能灵活、易于人机对话、良好的数据处理能力；CPLD/FPGA则具有高速、高可靠以及开发便捷、规范等优点。

单片机与CPLD/FPGA以总线方式通信的逻辑设计，重要的是要详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构。其外部接口如图3所示。

（2）本系统CPLD与速度检测采用的速度传感器是两个霍尔传感器。将两个磁缸分别装在皮带运输机滚筒和皮带托辊上，利用两个霍尔传感器将滚筒和托辊的转速分别传送给单片机系统，经系统判断，输出、打滑、低速运行、断带等数字信号，经控制箱进一步处理，以达到保护设备的目的。

（3）系统DS18B20与温度检测要求的温度检测点为输送机的减速机高速轴，电动机壳体、滚筒轴承座及机头附近易发生温度过高的位置。温度升高时，传感器将温度信号传至主控箱，并在主控箱面板上显示数值，当温度超过设定的所需温度值时，通过主控箱发出报警信号或启动洒水电磁阀。

（4）本检测系统跑偏检测选用的是光电式带材跑偏检测器。带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号，主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。

（5）本系统单片机系统保护与硬件抗干扰设计使用了X5045芯片。X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过RESET信号向CPU 作出反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。鉴于单片机对电源噪声很敏感，这里给单片机电源加上了滤波电路，以减小电源噪声对单片机的干扰。同时对于单片机闲置的I/O口采取了接地或接电源的措施，其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

3 综合保护控制系统实现的功能

主要由以下各部分组成：

（1）全自动控制：有被运物品时发出预警信号，自动启动皮带机；

（2）手动控制：留有原有的手动控制，可人工进行开停；

（3）温度保护：滚筒表面温度超过设定的温度值时，自动立即停机，报警值可0～99℃内任意调整；

（4）速度保护：皮带运行时的速度超过设定值时，自动立即停机，速度的上下限值均可任意调整；

（5）堆料保护：机头发生堆料时，自动立即停机；

（6）烟雾保护：发生烟雾时断电停机，并启动自动洒水装置。

（7）CO浓度保护：当CO浓度超限时停机，并启动自动洒水装置。

（8）跑偏保护：对机头及机尾的左、右四个点的跑偏进行检测，跑偏分两级，当跑偏较小时，只进行报警但不停机，当跑偏达到设定的二级位置时，立即停机。

（9）急停闭锁：紧急情况，可利用急停开关实现紧急停机并闭锁，停机后，只有人工解除闭锁，才能再次启动。

（10）显示：皮带的速度、滚筒的温度值采用数字显示，皮带的各种保护状态用指示灯显示，故障时能显示故障类型。

（11）胶带横纵向撕裂：实时扫描带面，当带面出现小的裂纹时，发出语音报警信号，提示检修。当裂纹严重时，实现急停。结合机械结构实现横向撕裂保护。

（12）通讯：利用RS485通信，上传到矿集中监控系统。

（13）结合电气装置可实现软启动，软停车。可以根据市场需求，做皮带机综合保护装置和皮带机软起动两个产品，也可以二者结合为一个产品。

4 结语

以单片机和CPLD为核心设计一个皮带机输送机综合保护控制装置对皮带机的运行状态进行实时监测；当皮带机的温度、速度和偏离位置等参数超标时，系统自动报警并采取相应措施是当今皮带机输送机自动控制的一个发展方向，对此，笔者认为我国自动化控制技术任重而道远。

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