带式输送机综合故障报警系统研究

葛庆帅

（霍州煤电集团晋南煤业有限公司 ，山西 运城 043301）

带式输送机具有运量大，运输距离长，运输效率高等特点，是我国煤炭生产运输的主要工具之一[1～3]。皮带输送机出厂安装时，往往仅具有基本的运输功能，并不具备完善的安全保护装置，由于煤矿井下环境恶劣，因此，煤矿安全规程规定，带式输送机需要安装驱动轮防打滑装置、堆煤保护装置、烟雾保护、温度保护以及防跑偏装置等[4～6]。在矿井主要运输巷道内还应布置带式输送机防撕装置。对皮带输送机的运行状态进行监测，出现故障时及时发出报警信息，对保证皮带输送机平稳高效运行具有重要的促进作用。

1 综合报警系统总体结构及传感器布置

根据皮带输送机运行情况，设计了一种具备语音报警功能的皮带输送机综合报警系统，系统的主要构成有监测传感器、信号调节器、编码器、主控制器以及语音报警器等，结构组成如图1所示。基本思路是通过传感器来实现皮带运行状态的监测，发出异常时，经过信号调节器、编码器对监测到的信息处理之后，传输给主控制器，主控制器向语音报警器发出控制质量，并在触摸屏上显现故障警示。

传感器是整个报警监控系统主要的信号来源，通过在皮带输送机中安设各种安全监控传感器，来实现对皮带输送机的运行状态进行监控，具体的传感器布置见表1。

图1 综合故障报警系统结构框图

表1 传感器具体布置情况

2 信号调理及编码

设计的综合故障报警系统中的信号调理主要是对传感器监测输出的电阻信号、电压信号、电流信号、开关信号灯调理成编码器可以识别的标准TTL电平信号。编码器通过输入的TTL信号进行分级编码。为了给主控制器节省大量的端口，对2块74LS148芯片组进行扩展，形成为4-16优先编码器，具体电路结构如图2所示。

图2 编码器电路结构

从图2可以看出，扩展后形成的4-16优先编码器内部电路中高位片U2编码始终处于有效作用状态，Ucc=U2·EI，当高位片U2编码允许且未接受到故障信息时，低位片 U1编码才能有效允许，U1·EI=U2·GS，从S01到S16编码信号的优先级别依次上升。扩展之后形成的16-4优先编码器将信号传输到主控制器内控制芯片（STC89C52RC）的P1端口，以便主控制器对故障信息进行读取以及识别。

3 主控制器

3.1 结构组成

主控制器的结构主要有PLC单片机、电源电路、晶振电路以及复位电路等组成。PLC单片机的P0端用来与上拉电阻进行连接，P1端口使用对传感器监测到的信息进行收集，P3.1以及P3.2端口用于跟语音报警器进行连接，向语音报警器发出控制指令，P3.3以及P3.4端口用于对本地测试数据读取，P3.5端口用以在触摸屏上显示皮带输送机的工作状态，其余的控制端口则用于系统的扩展功能，具体的主控制器内部电路结构如图3所示。

图3 主控制器内部电路结构

3.2 工作流程

主控制器中的单片机采用工业级控制处理芯片，具有较强的抗干扰能力，在特定的开发环境中（Keil uVision4开发环境），可以通过C语言对结构功能进行设顶，完成系统的初始化、故障信号读取，向语音报警器发出控制指令等，具体的工作流程如图4所示。

图4 主控制器工作流程

4 语音报警器

语音报警器主要包括JQ6500语音控制芯片、功率放大器以及TF卡（T-Flash卡）等部分组成，具体的模块结构如图5所示。

图5 语音报警器结构组成

JQ6500语音控制芯片由24个管脚组成，并采用SSOP塑料进行封装，芯片组采用的较为先进的SOC控制方案，内部集成了一个微型的控制器以及一个音频数字信号处理器，可以较为方便的与单片机的P3.1及P3.2端口进行信息通信，并通过单片机的串联接口对语音播放进行控制，信息的传输宽度可以达到9600bps。

当检测到皮带输送机存在故障，需要进行语音故障播报时，主控制器中的单片机便会向语音报警器中的JQ6500语音控制芯片发出控制质量，具体类型为[7E 04 03 XX XX EF]，上述XX XX表示4位16进程，数值的取值范围在0～65535之间，具体的数值由编码器进行设定，例如，将音频文件01.mp3内容设定为“皮带机运行超速，请减速”，将02.mp3文件内容设定为“皮带输送机有烟雾，危险”，当主控制器接收到速度传感器传输的监测信号超过设定的皮带机运输速度控制值时，主控制器单片机就会向JQ6500语音控制芯片发出[7E 04 03 00 01 EF]控制指令，JQ6500语音控制芯片就会读取存储在TF卡中的01.mp3文件，语音报警器就会发出“皮带机运行超速，请减速”语音警报；当主控制器接收到烟雾传感器监测信号，并判断皮带机机头位置有烟雾时，主控制器单片机就会向JQ6500语音控制芯片发出 [7E 04 03 00 02 EF]控制指令，JQ6500语音控制芯片就会读取存储在TF卡中的02.mp3文件，语音报警器就会发出“皮带输送机有烟雾，危险”语音警报。

为了保证存储在TF卡中的mp3文件语音质量，语音源文件采用高品质录音文件，并通过专业语音处理文件对录制的音频进行处理分割，将需要的语音信息按照需要进行命名之后存储在TF卡之中。

5 总 结

皮带输送机的正常运行对保证矿井的生产具有重要作用，皮带输送机综合故障报警系统可以实现对皮带输送机运行状态的监测，当皮带输送机运行出现异常时，及时的发出警报信息，保证皮带机运输安全。文中设计的皮带输送机综合故障报警系统，通过单片机对布置在皮带机上的传感器监测信息进行判定，当判定皮带机运行出现故障时向JQ6500语音控制芯片发出控制指令，有效的实现对皮带机故障的监测、故障报警，可以在一定程度上提升矿井皮带运输的安全系数。