宮殿武

選煤廠防止膠帶輸送機(jī)傷人保護(hù)系統(tǒng)的研究

宮殿武

(大同煤礦集團(tuán)精煤分公司生產(chǎn)技術(shù)部，山西 大同 037016)

本文提出了選煤廠防止膠帶輸送機(jī)傷人保護(hù)系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，研究了基于單片機(jī)的主機(jī)系統(tǒng)和用于檢測人體是否進(jìn)入膠帶輸送機(jī)下方的紅外對射探測器裝置，保護(hù)系統(tǒng)通過將檢測信號傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場報(bào)警和停機(jī)保護(hù)，確保人身安全。實(shí)踐證明，選煤廠防止膠帶輸送機(jī)傷人保護(hù)系統(tǒng)極大減少了膠帶輸送機(jī)傷人的事故，有廣闊的應(yīng)用前景。

單片機(jī);紅外對射探測器;膠帶輸送機(jī)

膠帶輸送機(jī)是選煤廠生產(chǎn)中的主要運(yùn)輸設(shè)備。在生產(chǎn)中，膠帶輸送機(jī)會出現(xiàn)跑偏、打滑、撕裂以及轉(zhuǎn)動部件傷人等各種事故，尤其是崗位工在鏟除膠帶輸送機(jī)下方落煤過程中，容易發(fā)生被膠帶輸送機(jī)的機(jī)頭、機(jī)身和機(jī)尾等旋轉(zhuǎn)部位碰傷的事故。

為了防止膠帶輸送機(jī)傷人事故的發(fā)生，以前的措施：一是在機(jī)頭和機(jī)尾旋轉(zhuǎn)部分裝設(shè)防護(hù)欄;二是制定相關(guān)制度和管理措施。主要存在以下幾個問題：

1)傳統(tǒng)防護(hù)欄不僅給設(shè)備檢修和維護(hù)帶來了不便，增加檢修人員工作量，而且受條件限制，護(hù)欄不可能實(shí)現(xiàn)全線布置。

2)在正常生產(chǎn)過程中，崗位工清理膠帶輸送機(jī)下方落煤過程時，人體接近或接觸膠帶輸送機(jī)時會被碰傷。同時事故一旦出現(xiàn)，很難自行擺脫，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，甚至出現(xiàn)重傷或死亡事故。

針對以上問題，大同煤礦集團(tuán)研究試驗(yàn)了選煤廠防止膠帶輸送機(jī)傷人保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)極大地減少膠帶輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)部件傷人的事故，有利于提高選煤廠的自動化管理程度。該系統(tǒng)應(yīng)用在大同煤礦集團(tuán)公司下屬的晉華宮選煤廠，取得了良好效果。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

選煤廠防止膠帶輸送機(jī)傷人保護(hù)系統(tǒng)硬件電路框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件電路

主機(jī)電路采用以AT89C51單片機(jī)為核心控制器的現(xiàn)場監(jiān)控裝置，主機(jī)配置操作鍵盤且按要求編制程序以及功能設(shè)防。

紅外對射探測器安裝于被監(jiān)控膠帶輸送機(jī)的機(jī)頭部和機(jī)身側(cè)，用于檢測人體是否進(jìn)入膠帶輸送機(jī)下方，傳感器接入主機(jī)系統(tǒng)。

緊急按鈕用于在某些特定情況下，人為操作實(shí)施報(bào)警或停機(jī)。

聲光報(bào)警器采用組合式報(bào)警器，報(bào)警聲音分貝能夠滿足現(xiàn)場噪聲干擾。

本保護(hù)系統(tǒng)與現(xiàn)場保護(hù)裝置聯(lián)接，完善膠帶輸送機(jī)監(jiān)測保護(hù)一體化程度。連接方式是由主機(jī)提供開關(guān)量出口，接至現(xiàn)場保護(hù)開關(guān)，事故發(fā)生后，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和停機(jī)。

2 系統(tǒng)各部分介紹

保護(hù)系統(tǒng)包括主機(jī)系統(tǒng)、紅外對射探測器和聲光報(bào)警器。

2.1 主機(jī)系統(tǒng)

本保護(hù)系統(tǒng)主機(jī)采用AT89C51單片機(jī)為控制核心。系統(tǒng)具有布防功能和撤防功能，可監(jiān)測現(xiàn)場產(chǎn)生報(bào)警信號。

2.2 紅外對射探測器

紅外對射探測器采用三束主動紅外對射探測器，當(dāng)工作人員進(jìn)入膠帶輸送機(jī)下方，遮斷相鄰兩束或三束紅外線時發(fā)出報(bào)警信號。

2.3 聲光報(bào)警器

聲光報(bào)警器適用于礦山、建筑等行業(yè)，采用密閉金屬外殼，輸出聲量115 dB。

3 保護(hù)系統(tǒng)工業(yè)試驗(yàn)

3.1 保護(hù)系統(tǒng)接線及安裝

保護(hù)系統(tǒng)自身具有一定防護(hù)性能，為提高部件外殼防護(hù)程度和機(jī)械強(qiáng)度，外殼采用鋁合金材料制成，具有一定的防護(hù)等級。主機(jī)外殼上設(shè)有電纜引入裝置的密封件及前門與主機(jī)間設(shè)置橡膠密封圈。安裝位置應(yīng)考慮現(xiàn)場電源取處、線路敷設(shè)方便及監(jiān)測的效果。

交流電源220 V電纜選用MQY－2×2.5礦用阻燃、防水軟電纜，通訊信號12 V電纜選用HYA型阻燃、防水4芯通訊軟電纜。為防止電纜受損，在電纜外套d24.5的PVC管，穿過膠帶機(jī)機(jī)架下部時，在PVC管外套d36.7金屬管。保護(hù)系統(tǒng)接線示意圖見圖2。

圖2 保護(hù)系統(tǒng)接線示意圖

3.2 紅外對射探測器布置及檢測

紅外對射探測器主要是針對膠帶輸送機(jī)的機(jī)身進(jìn)行全長的防護(hù)?，F(xiàn)場安裝在機(jī)架一側(cè)(走廓過道)紅外對射式探測器，設(shè)計(jì)三線紅外檢測方式。沿膠帶運(yùn)行方向共布置3組，各組發(fā)射器和接收器間距分別58 m、60 m、64 m。每組對射式紅外線可間隔10 cm左右。沿機(jī)身垂直方向各布置一個可產(chǎn)生三束紅外光探測器，各條紅外光間距15 cm。考慮機(jī)架安裝條件，固定件使得保護(hù)器離機(jī)架約5 cm，發(fā)射部分離地25 cm，接收部分離地50 cm，最大允許偏角±10°。由于每組探測器發(fā)送和接收三束紅外光線，當(dāng)人體遮擋兩條及兩條以上紅外線，探測器發(fā)生保護(hù)動作，現(xiàn)場發(fā)出聲光報(bào)警并實(shí)行停機(jī)保護(hù)。

紅外對射探測器的輸出采用常開NO接法。紅外對射探測器的接線調(diào)整是通過蜂鳴器有無響聲確認(rèn)發(fā)射器與接收器是否對準(zhǔn)，當(dāng)接線通電后，發(fā)射器的電源指示綠燈亮，工作指示紅燈間歇式閃亮;當(dāng)互相對準(zhǔn)時，接收器的對準(zhǔn)指示紅燈熄滅，蜂鳴器不鳴響。沿機(jī)身高度方向紅外對射探測器布置示意圖見圖3。

3.3 主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行測試過程

保護(hù)系統(tǒng)現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)，機(jī)頭和機(jī)身部位采用模擬人體遮擋紅外線測試方式。

主機(jī)鋁合金箱內(nèi)斷路器合閘，電源變壓器工作，主機(jī)輸出的直流5 V電壓給本機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)供電，輸出的直流12 V電壓供紅外對射探測器和聲光報(bào)警器。主機(jī)箱內(nèi)的紅色電源指示燈亮，主機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。

圖3 紅外對射探測器布置示意圖

主機(jī)系統(tǒng)在工作后，按先前選定8種布防方式中的外出布防方式，8種防區(qū)類型中的即時防區(qū)類型，防區(qū)設(shè)置為有聲報(bào)警。在布防狀態(tài)下，如果防區(qū)被觸發(fā)，系統(tǒng)立即進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，現(xiàn)場反映聲光警報(bào)，主機(jī)鍵盤產(chǎn)生蜂鳴聲，相應(yīng)指示燈閃亮;集控中心監(jiān)控主機(jī)界面指示。當(dāng)人體遮擋兩條及兩條以上紅外線時，主機(jī)系統(tǒng)聲光報(bào)警且經(jīng)集控中心延時斷開膠帶輸送機(jī)高壓電源。本系統(tǒng)設(shè)置機(jī)身檢測報(bào)警時間不大于6 s，系統(tǒng)報(bào)警時，當(dāng)現(xiàn)場人員離開檢測區(qū)后，系統(tǒng)退出時間為2 s，為防止受外界影響誤動作，設(shè)置進(jìn)入延時時間為 0.5 s。

4 結(jié)論

選煤廠防止膠帶輸送機(jī)傷人保護(hù)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高、安全性好、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)分別安裝在機(jī)頭和機(jī)身兩側(cè)紅外對射探測器的檢測信號狀況，由主機(jī)判斷現(xiàn)場人員是否處于膠帶輸送機(jī)下方的危險(xiǎn)區(qū)域，進(jìn)而實(shí)施報(bào)警和停機(jī)保護(hù)，可有效避免膠帶運(yùn)輸機(jī)對現(xiàn)場人員的傷害，值得推廣應(yīng)用。

［1］ 楊復(fù)興.膠帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)、原理與計(jì)算［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2000：42－46.

［2］ 王敦曾.選煤新技術(shù)的研究與應(yīng)用［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2008：120－125.

［3］ 龔運(yùn)新.單片機(jī)實(shí)用技術(shù)教程［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2010：56－60.

［4］ 陳爾紹.傳感器實(shí)用裝置制作集錦［M］.北京：人民郵電出版社，1999：278－280.

［5］ 陳玻若.紅外系統(tǒng)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2005：68－72.

Study on Protection System for Preventing Belt Conveyor from Wounding in the Coal Preparation Plant

Gong Dian－wu

In this paper，protection system for preventing the belt conveyor from wounding in the coal plant was presented.Firstly it introduced the system design，then focused on the host microcontroller－based system and the infrared detector device，which was to detect whether human body into the belt conveyor.Protection system would detect the signal transmitted to the host system，to achieve alarm and shutdown protection and ensure personal safety.Practice has proved that the protection system for preventing the belt conveyor from wounding in the coal preparation plant had greatly reduced the belt conveyor injury accident，had broad application prospects.

Microcontroller;Infrared detector;Belt conveyor

TD528.1

A

1672－0652(2012)04－0029－03

2012－02－17

宮殿武(1973—)，男，山西朔州人，1995年畢業(yè)于河北煤炭建筑工程學(xué)院，工程師，主要從事選煤機(jī)電技術(shù)管理工作(E －mail)gdw0110@163.com