陳 強(qiáng)

（平煤股份八礦，河南 平頂山467000）

皮帶運(yùn)輸機(jī)不管在運(yùn)輸量還是運(yùn)輸距離上要求都較為嚴(yán)格，因此在運(yùn)輸效率上與其他運(yùn)輸工具相比具有很大優(yōu)勢(shì)。我國煤炭生產(chǎn)和運(yùn)輸主要都是借助皮帶運(yùn)輸機(jī)來完成。皮帶運(yùn)輸機(jī)的基本功能是進(jìn)行物料運(yùn)輸，因此在工廠進(jìn)行組裝時(shí)僅僅只會(huì)滿足這個(gè)功能，對(duì)于機(jī)器的平穩(wěn)運(yùn)行等方面缺乏保障，并且在惡劣的井下環(huán)境中容易發(fā)生各種突發(fā)狀況。為保障煤礦井下工作的安全性，煤礦安全法規(guī)規(guī)定，皮帶輸送機(jī)必須安裝驅(qū)動(dòng)輪的防滑裝置，煤堆保護(hù)裝置，防煙、溫度保護(hù)和防偏離裝置。帶式輸送機(jī)防撕裂裝置也應(yīng)布置在礦井的主要運(yùn)輸通道中。監(jiān)控皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)發(fā)出告警信息，對(duì)于促進(jìn)皮帶輸送機(jī)的平穩(wěn)高效運(yùn)行具有重要作用。

1 報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳感器

本研究基于帶式輸送機(jī)的運(yùn)行功能和原理，為滿足實(shí)際使用需求， 設(shè)計(jì)了一種包含語音報(bào)警功能的帶式輸送機(jī)綜合報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要組件是監(jiān)視傳感器，信號(hào)調(diào)節(jié)器，編碼器，主控制器和語音警報(bào)。具體部件構(gòu)成見圖1。該設(shè)計(jì)的核心原理是利用傳感器的感應(yīng)功能來監(jiān)視皮帶的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)皮帶在運(yùn)行過程中有故障產(chǎn)生時(shí)，檢測(cè)到的信息由信號(hào)調(diào)節(jié)器和編碼器進(jìn)行處理，然后通過主控制器將信號(hào)發(fā)送到語音報(bào)警器進(jìn)行語音播報(bào)。故障警告出現(xiàn)在觸摸屏上。

該綜合警報(bào)監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)主要是在設(shè)備內(nèi)部的傳感器提供的。在設(shè)計(jì)中提出在皮帶輸送機(jī)中安裝好各種安全監(jiān)視傳感器，用來了解并控制皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 綜合故障報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 信號(hào)調(diào)理及編碼

綜合故障報(bào)警系統(tǒng)在考慮信號(hào)調(diào)節(jié)的問題時(shí)，主要是將傳感器接收到的電阻信號(hào)，電壓信號(hào)，電流信號(hào)和開關(guān)信號(hào)等進(jìn)行輸出， 并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整為編碼器可以識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)TTL 電平信號(hào)。編碼器的作用主要是通過輸入的TTL 信號(hào)來執(zhí)行分層編碼的操作。為了達(dá)到主控制器節(jié)省端口的目的，將兩個(gè)74LS148 芯片組被擴(kuò)展以形成4-16優(yōu)先級(jí)編碼器，具體電路結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 編碼器電路結(jié)構(gòu)

從圖2 中可以看出，擴(kuò)展后形成的4-16 優(yōu)先級(jí)編碼器內(nèi)部電路中的高階切片U2 碼始終處于有效狀態(tài)，Ucc=U2·EI。當(dāng)允許上層切片的U2 碼且未接收到故障信息時(shí)，可以有效地下層切片的U1 碼。U1·EI=U2·GS，從S01 到S16 的編碼信號(hào)的優(yōu)先級(jí)順序增加。最后將通過擴(kuò)展后的16-4 優(yōu)先級(jí)編碼器來進(jìn)行信號(hào)傳輸， 為了方便主控制器對(duì)故障信息進(jìn)行讀取甚至是識(shí)別， 將信號(hào)傳輸?shù)街骺刂破髦锌刂菩酒⊿TC89C52RC）的P1 端口來進(jìn)行處理。

3 主控制器

（1）結(jié)構(gòu)組成。主控制器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要包括PLC 單片機(jī)，電源電路，晶體振蕩器電路和復(fù)位電路等部件。PLC 的P0 端口的用途是連接上拉電阻，P1 端口的用途是進(jìn)行收集傳感器監(jiān)控的信息。P3.1 和P3.2 端口分別是用于連接語音報(bào)警器和向語音警報(bào)發(fā)送控制命令，P3.3 和P3.4 端口用于讀取本地測(cè)試數(shù)據(jù)，P3.5 端口用于在觸摸屏上顯示皮帶輸送機(jī)的工作狀態(tài)，其余控制端口用于系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。

（2）工作流程。主控制器中的單片機(jī)采用工業(yè)級(jí)控制處理芯片，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。在特定的開發(fā)環(huán)境（Keilu Vision4 開發(fā)環(huán)境）中，可以通過C 語言設(shè)置結(jié)構(gòu)功能以完成系統(tǒng)初始化，讀取故障信號(hào)并將控制命令發(fā)送到語音警報(bào)。實(shí)際中得工作流程如下圖3 所示。

圖3 主控制器工作流程

4 語音報(bào)警器

語音報(bào)警器主要包括三個(gè)重要組成部分，即JQ6500 語音控制芯片，功率放大器和TF 卡（TFlash 卡）。

JQ6500 語音控制芯片由24 針組成，并采用SSOP 塑料進(jìn)行包裝封口。該芯片組采用了極其先進(jìn)的SOC 控制方案，該方案將微型控制器和音頻數(shù)字信號(hào)處理器集成在一起，可以更加方便，并且單片機(jī)的P3.1 和P3.2 端口進(jìn)行信息通信和控制。通過單片機(jī)的串行接口進(jìn)行語音播放。信息的傳輸寬度可以達(dá)到9600bps。

當(dāng)檢測(cè)到皮帶輸送機(jī)有故障，需要廣播語音故障時(shí)，主控制器中的單片機(jī)將控制質(zhì)量發(fā)送給語音報(bào)警中的JQ6500 語音控制芯片，具體類型為[7E04 03 XX XX EF]，上面的XX XX 表示一個(gè)4 位16進(jìn)程，值的范圍是0～65535。特定值由編碼器設(shè)置。例如，將音頻文件01.mp3 的內(nèi)容設(shè)置為“皮帶輸送機(jī)超速。請(qǐng)放慢速度”，將02.mp3 文件的內(nèi)容設(shè)置為“皮帶輸送機(jī)冒煙和危險(xiǎn)”。當(dāng)控制器接收到速度傳感器發(fā)送的監(jiān)控信號(hào)超過設(shè)定的皮帶輸送機(jī)速度控制值時(shí)，主控制器MCU 會(huì)將[7E 04 03 00 01 EF]控制命令發(fā)送到JQ6500 語音控制芯片，JQ6500語音控制芯片將讀取存儲(chǔ)在TF 卡中的01.mp3 文件，語音警報(bào)將發(fā)出“皮帶輸送機(jī)超速運(yùn)行。請(qǐng)減速”語音警報(bào)；當(dāng)主控制器接收到煙霧傳感器監(jiān)控信號(hào)并判斷皮帶輸送機(jī)頭位置處有煙霧時(shí)，主控制器MCU 將向JQ6500 語音控制芯片發(fā)送[7E 04 03 00 02 EF] 控制命令，JQ6500 語音控制芯片將讀取TF 卡中存儲(chǔ)的02.mp3 文件，并且語音警報(bào)將發(fā)出“平滑，危險(xiǎn)的傳送帶”語音警報(bào)。為了保證TF 卡中存儲(chǔ)下來的mp3 文件的語音質(zhì)量處于正常狀態(tài)，在設(shè)計(jì)中提出語音源文件采用高質(zhì)量的錄音文件，然后再對(duì)錄音的音頻進(jìn)行處理，并通過專業(yè)的語音處理文件進(jìn)行分割，根據(jù)需要命名所需的語音信息，最后將處理好的信息存儲(chǔ)在TF 卡之中。

5 結(jié) 語

皮帶運(yùn)輸機(jī)是煤礦井下煤炭開采和運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ?，因此它的正常運(yùn)行在確保煤礦作業(yè)的安全高效進(jìn)行中起到了重要作用。另外帶式輸送機(jī)的綜合故障報(bào)警系統(tǒng)可以對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)皮帶輸送機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)任何故障時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，輔助工作人員進(jìn)行故障排除與解決，以確保皮帶輸送機(jī)的安全。本研究提出的皮帶輸送機(jī)綜合故障報(bào)警系統(tǒng)主要是通過在皮帶運(yùn)輸機(jī)內(nèi)部設(shè)置傳感器，然后根據(jù)單片機(jī)來判斷傳感器上面的監(jiān)控信息。當(dāng)確定皮帶輸送機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，將控制命令發(fā)送給JQ6500 語音控制芯片，有效地實(shí)現(xiàn)了皮帶輸送機(jī)故障的監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警，可以極大地提高礦井皮帶的安全系數(shù)，有效提高皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸效率，增大煤礦產(chǎn)量。