韓家甜++禹世榮

[摘 要]帶式輸送機(jī)因其能夠?qū)崿F(xiàn)長距離高效率連續(xù)運輸，在我國煤礦輸送中占有主導(dǎo)地位，其安全可靠性對于煤礦企業(yè)生產(chǎn)具有重要影響。輸送帶一旦發(fā)生斷帶事故，將會給煤礦企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此，深入研究帶式輸送機(jī)斷帶保護(hù)裝置，對保證煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義。本文基于C8051單片機(jī)設(shè)計并研制了一套能夠?qū)崟r采集斷帶信號，并無線通訊傳遞給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的斷帶保護(hù)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高速準(zhǔn)確抓捕斷帶，具有檢測準(zhǔn)確、性能可靠、功耗低等優(yōu)點。

[關(guān)鍵詞]單片機(jī) 帶式輸送機(jī) 斷帶保護(hù)

中圖分類號：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）11-0061-01

0 引言

在煤礦機(jī)械化生產(chǎn)進(jìn)程中，帶式輸送機(jī)因為具有運輸距離長、能耗低、運量大等優(yōu)點在煤礦連續(xù)運輸機(jī)械中占有主導(dǎo)地位[1]。為了適應(yīng)煤礦擴(kuò)大產(chǎn)能、提高生產(chǎn)效率的生產(chǎn)需求，帶式輸送機(jī)正向著更大運距、更大運量和更高運速的方向發(fā)展。由于煤礦井下運輸條件復(fù)雜，而且輸送帶長期處于高負(fù)載連續(xù)工作狀態(tài)下，對于輸送帶的運輸性能和硫化接頭的質(zhì)量提出了較高的要求。尤其是在大傾角向上運輸過程中，機(jī)頭附近承載的輸送帶的內(nèi)應(yīng)力非常大，如果接頭強(qiáng)度不足，或者使用維護(hù)不當(dāng)，發(fā)生斷帶的可能性較大。如果發(fā)生意外斷帶事故，長距離輸送帶上承載的物料就會滑下運輸機(jī)，嚴(yán)重時會損壞帶式輸送機(jī)機(jī)架、堵塞運輸巷道、損壞周圍設(shè)備，甚至?xí)斐扇藛T傷亡，不僅對煤礦生產(chǎn)效率影響嚴(yán)重，更會威脅到煤礦生命財產(chǎn)安全[2]。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)采用高速低功耗的C8051單片機(jī)，利用斷帶信號檢測裝置自動觸發(fā)該系統(tǒng)。使用內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊對斷帶信號進(jìn)行采集，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后直接存儲到XRAM中。采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，利用無線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)傳遞給PC機(jī)，由分析軟件顯示該斷帶信號，從而快速準(zhǔn)確獲得皮帶斷帶位置和斷帶速度，及時進(jìn)行斷帶保護(hù)動作。該控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 傳感器

本文利用傳感器檢測斷帶的加速度，能夠利于斷帶抓捕器更精確的抓捕斷帶。綜合考慮傳感器的靈敏度和頻率響應(yīng)等因素，選用LC0701-3型號傳感器。其輸出電壓信號為0.6～4.4V，為了適應(yīng)單片機(jī)C8051F020的端口電壓，將傳感器的輸出信號利用電阻分壓后（圖2）采集到單片機(jī)內(nèi)部ADC0模塊的AIN0.0進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。

2.2 電源模塊

控制系統(tǒng)的電源模塊為整個下位機(jī)系統(tǒng)供電電壓為9V，LM2576HVS芯片和LM2576HVS芯片為系統(tǒng)提供3.3V和5.0V電壓?？刂葡到y(tǒng)還將采集檢測前后時刻AIN0.1口處的1/4電源電壓信號，并將該電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號后傳遞給單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)電壓信號進(jìn)行判斷下一步動作。該電源模塊具有功耗低、發(fā)熱量小等優(yōu)點。

2.3 無線收發(fā)模塊

基于有限通訊存在的井下特殊環(huán)接線困難、儀器安裝時間長、操作不方便等問題，本文選自無線收發(fā)模塊用于實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和命令動作的傳輸。本文選用SRWF-501無線收發(fā)模塊，發(fā)射頻率為425.9292MHz，波特率為9600bps，并以SR WF-501的TTL的UART方式與單片機(jī)C8051F020直接相連，實現(xiàn)單片機(jī)與無線收發(fā)模塊的可靠數(shù)據(jù)連接。上位機(jī)處，則采用市場上通用的USB轉(zhuǎn)RS232連接線實現(xiàn)無線收發(fā)模塊與筆記本電腦的連接，并利用電腦USB端口輸出的5V電壓為無線收發(fā)模塊供電。

2.4 單片機(jī)

C8051F020單片機(jī)是本文設(shè)計的控制系統(tǒng)的核心元件，具有功耗低、操作簡便、易于實現(xiàn)控制等優(yōu)點。C8051F020單片機(jī)采用流水線指令結(jié)構(gòu)，70%指令執(zhí)行時間為1個或2個系統(tǒng)時鐘周期，速度可達(dá)25MIPS，可在工業(yè)溫度范圍-45℃～+85℃內(nèi)工作，且功耗低，是一款非常適合于惡劣環(huán)境工作的快速8位單片機(jī)[4]。控制系統(tǒng)設(shè)計采樣時間為10s，每秒100個數(shù)據(jù)，共需要采集1000個數(shù)據(jù)。單片機(jī)的12位ADC0模塊采樣，需要2KB以上的存儲空間，而C8051F020內(nèi)部XRAM為4KB，能夠滿足控制系統(tǒng)存儲要求，不需要拓展外部存儲空間。這樣可以減少單片機(jī)外圍芯片數(shù)量，簡化電路設(shè)計，降低成本，減小控制儀器的體積，能夠更好的適應(yīng)煤礦井下的復(fù)雜環(huán)境。

2.5 工作流程

控制系統(tǒng)的工作流程如圖3所示，下位機(jī)采集到斷帶信號后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)分析數(shù)據(jù)并發(fā)出動作指令，再由下位機(jī)控制執(zhí)行指令。上位機(jī)為筆記本電腦，攜帶方便，能夠滿足現(xiàn)場試驗要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 王啟廣，李炳文，黃嘉興.采掘機(jī)械與支護(hù)設(shè)備[M].中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[2] 王雷，楊建奎.帶式輸送機(jī)用斷帶保護(hù)裝置的研究現(xiàn)狀[J].煤礦機(jī)械，2009，（10）：118-120.

[3] 李學(xué)偉.帶式輸送機(jī)斷帶抓捕器的應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)探討[J].煤礦機(jī)械，2013，34（08）：225-226.

[4] C8051F020/1/2/3混合信號ISP FLASH微控制器用戶手冊.Rev1.1. 潘琢金譯.2002.