自上世紀(jì)80年代以來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，對膠帶機綜合保護(hù)裝置的研制也一直不斷地進(jìn)行著，從純模擬電子系統(tǒng)到數(shù)字系統(tǒng)、再到目前的計算機系統(tǒng)，從單臺的控制系統(tǒng)到多臺的集控系統(tǒng)，有價格相對較貴的PLC構(gòu)成的系統(tǒng)和低廉的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。盡管市場上有著各式各樣方案構(gòu)成的集控系統(tǒng)，但發(fā)展的方向是一致的，那就是朝自動化、智能化、信息化的方向發(fā)展。受某企業(yè)的委托，筆者研制了一套結(jié)構(gòu)簡單、價格合理、自動化程度較高的皮帶輸送機集中控制系統(tǒng)。
國內(nèi)煤礦井下煤炭運輸一般采用帶式輸送機，通過傳統(tǒng)的分立元件和繼電器控制，設(shè)置專人專崗進(jìn)行操作，不僅生產(chǎn)效率、人員利用率低，而且運輸可靠性差，并且出現(xiàn)運行故障或安全隱患時不易察覺。嚴(yán)重制約了帶式輸送機安全經(jīng)濟、可靠運轉(zhuǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，帶式輸送機逐步采用單片機或可編程控制器、工控機以及以RS-485或232通訊模式的自動控制系統(tǒng)，多數(shù)上位機采用組態(tài)軟件或C語言編程。由于煤礦井下環(huán)境差、現(xiàn)場條件復(fù)雜，多數(shù)系統(tǒng)存在井下控制中心以及通訊可靠性差、傳輸距離短、控制方式單一、上位機控制畫面單調(diào)等特點．同時存在控制網(wǎng)絡(luò)小，可靠性不高等現(xiàn)象。國外大型膠帶輸送機的控制都已采用可編程序控制器PLC開發(fā)了先進(jìn)的程序軟件與綜合電源繼電器控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、傳輸，故障診斷與查尋等完整的自動監(jiān)控系統(tǒng)。該類系統(tǒng)除了自動監(jiān)控輸送機的可控起（制）動、帶速同步與功率平衡外，還對各種保護(hù)與安全裝置、輸送帶張力、傳動滾筒與托輥軸承溫度、輸送帶接頭強度、輸送量計量等實行監(jiān)測。
2、系統(tǒng)主要實現(xiàn)功能
(1)全自動控制
系統(tǒng)開機時，首先發(fā)預(yù)警信號并維持3s后通知系統(tǒng)中的各條膠帶。為保證整條膠帶系統(tǒng)不發(fā)生堆煤故障，由靠近煤倉的膠帶先啟動，然后再通過信號聯(lián)絡(luò)（通信），依次向前通知上條膠帶啟動。停機時從最后一臺依次自動停機，每臺延時l條膠帶的運行時間。
(2)手動控制
留有原有的手動控制，使在檢修時可任意開停1臺或多臺檢修膠帶（其它膠帶停機）。
(3)溫度保護(hù)
滾筒表面溫度超過設(shè)定的溫度值時，應(yīng)立即停車。報警值可在0～99℃任意調(diào)整。
(4)速度保護(hù)
膠帶的速度超過設(shè)定值，應(yīng)立即停車；膠帶的速度低于設(shè)定值時（啟動時除外），也應(yīng)立即停車。速度的上下限值均可任意調(diào)整，滾筒的直徑參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場情況輸入，滾筒上所貼磁鋼的個數(shù)也可設(shè)定。
(5)堆煤保護(hù)
某臺機頭下發(fā)生堆煤，應(yīng)使本臺及后面各臺膠帶機立即停車。
(6)煙霧保護(hù)
發(fā)生煙霧時斷電停車，并啟動自動灑水裝置。
(7) CO濃度保護(hù)
當(dāng)CO濃度超限時停車，并啟動自動灑水裝置。
(8)跑偏保護(hù)
對機頭及機尾左、右4個點的跑偏進(jìn)行檢測。跑偏分兩級：當(dāng)跑偏較小時，只進(jìn)行報警但不停車；當(dāng)跑偏達(dá)到設(shè)定的二級位置時，應(yīng)立即停車。
(9)急停閉鎖
可利用急停開關(guān)實現(xiàn)緊急停機并閉鎖，停車后，由人工解除閉鎖才能再次啟動。
(10)顯示
膠帶的速度、滾筒的溫度值采用數(shù)字顯示，膠帶的各種保護(hù)狀態(tài)用指示燈顯示，故障時能顯示故障類型。
3、技術(shù)實現(xiàn)原理及方案
3.1系統(tǒng)構(gòu)成
由于井下巷道的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，加上電動機功率的限制，井下運輸系統(tǒng)一般由多條膠帶構(gòu)成。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，參與集中控制的各條膠帶必須具有分臺控制的功能，可自動監(jiān)測運行情況。因此，在各條膠帶機的機頭還必須設(shè)置獨立的智能綜保儀控制設(shè)備。
目前，構(gòu)成膠帶機集中控制系統(tǒng)的方案大都采用主從式結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)設(shè)計中，省去了主機的概念，采用各智能綜保儀相互串連的方式實現(xiàn)了自動化程度較高的集中控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該智能綜保儀的設(shè)計采用單片機系統(tǒng)方案。
智能綜保儀的電氣原理如下圖2所示。
膠帶機機頭要求被保護(hù)的對象有煙霧濃度、CO濃度、撕帶、堆煤、跑偏、滾筒溫度、膠帶速度等，傳感器產(chǎn)品選用已在膠帶機分臺控制中成熟應(yīng)用的定型產(chǎn)品。這些保護(hù)對象的傳感器的輸出，從圖2所示的堆煤信號到復(fù)位信號全是開關(guān)信號，只有速度信號和溫度信號是脈沖信號。速度信號是通過貼在滾筒側(cè)面的磁鋼與霍爾元件得到的脈沖信號；溫度信號是采用了自己研制的紅外熱電堆溫度傳感器測得，其輸出是與溫度有一定關(guān)系的頻率信號。
本系統(tǒng)能實現(xiàn)各膠帶機膠帶的高低速度、滾筒溫度、機頭煙霧、c0濃度、堆煤以及跑偏等各種保護(hù)功能，還兼有與前后膠帶機智能綜保儀通信的功能，使整個系統(tǒng)具有逆煤流啟動、順煤流延時停車功能。
其具有的以下特點：
(1)結(jié)構(gòu)簡單，自動化程度高（逆煤流啟，順煤流停）；
(2)智能綜保儀可監(jiān)可控，組網(wǎng)靈活：
(3)安裝簡單、調(diào)試方便，維護(hù)檢修容易。
該系統(tǒng)符合國家對煤礦安全生產(chǎn)的要求，經(jīng)濟效益良好，具有一定的推廣價值。
3.2硬件設(shè)計
考慮每條膠帶的各類傳感器分布具有一定的分散性，而煤礦現(xiàn)場的電磁環(huán)境比較惡劣，因此，在各傳感器信號送至CPU處理前，對傳感器的輸出信號全部采取了光電隔離措施�？紤]上面圖2中所示的堆煤信號到復(fù)位信號的實時性要求不是很高，采用CPU巡檢的手段能夠滿足現(xiàn)場的需要。為節(jié)省CPU的I/O資源， 采用了十六選一的多路開關(guān)CD4067。需要說明：跑偏信號的完整輸出實際上比較復(fù)雜，包含了左右、頭尾、一二級跑偏共8個信號；溫度傳感器、速度傳感器在測量時需測量整個脈沖（或多個脈沖）的寬度，為保證速度數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這兩個信號直接接至CPU的兩個中斷信號輸入端。
選擇CPU時主要考慮智能綜保儀既要滿足與上一條膠帶的綜保儀進(jìn)行信息交換的需要，又要滿足與下一條膠帶的綜保儀進(jìn)行信息交換的需要，因此選擇具有雙串口的77E58。該芯片的主核為80C52，內(nèi)置可編程WA TCH2DOG，具有12個中斷源、32KB的內(nèi)ROM、1KB的內(nèi)RAM、雙數(shù)據(jù)指針等。
存儲器用來存放智能綜保儀的各種參數(shù)，包括溫度報警值、速度上下限、滾筒的直徑、滾筒側(cè)面的磁鋼數(shù)量等，這些參數(shù)的特點要求存儲器具有非易失性，考慮體積、價格等因素，設(shè)計中選用了具有I2C總線結(jié)構(gòu)的串行EEPROM AT24C01。
鍵盤主要用于在現(xiàn)場調(diào)試時設(shè)置各種參數(shù)，內(nèi)置在綜保儀的腔體內(nèi)。操作鍵盤必須有密碼支持，否則為無效操作。
顯示電路包含LED數(shù)碼管顯示和狀態(tài)指示。正常情況下數(shù)碼管顯示膠帶的速度（1位整數(shù)和l位小數(shù)）和滾筒的溫度（2位整數(shù)），在調(diào)試時顯示當(dāng)前設(shè)置參數(shù)的數(shù)字量。狀態(tài)指示采用雙色平面LED管，當(dāng)發(fā)生保護(hù)故障時，對應(yīng)的LED燈指示紅色，而正常時指示綠色。顯示器的驅(qū)動電路采用價格便宜的移位寄存器74HC164實現(xiàn)。
控制輸出電路的輸出包括在膠帶故障時發(fā)出的停車信號、在CO濃度、煙霧濃度超限時啟動的灑水信號、在滿足本條膠帶啟車條件時給主回路發(fā)出的允許啟車信號等�？刂戚敵鲭娐凡捎萌龢O管驅(qū)動繼電器實現(xiàn)。
考慮各通信電路，膠帶間有一定的距離，采用RS485總線。如將多部膠帶機的智能綜保儀都掛接在同一條總線上， 由于網(wǎng)絡(luò)的長度超過標(biāo)準(zhǔn)的1200 m，不符合該總線標(biāo)準(zhǔn)，因此，每個智能綜保儀的通信電路均設(shè)計為2個RS485總線的結(jié)構(gòu)，向上連接上一部膠帶，向下連接下一部膠帶。每條通信電路實際上構(gòu)成的是點對點的結(jié)構(gòu)，這正是筆者選擇77E58的原因所在。
智能綜保儀工作在全自動狀態(tài)還是手動狀態(tài)，由殼體前面板上的開關(guān)位置決定，圖2中未標(biāo)出。關(guān)于電源，考慮現(xiàn)場的需要，采用了隔離變壓器，且多組電源二次間亦相互隔離。在智能綜保儀的腔體內(nèi)還有真空磁力開關(guān)，它由前述控制輸出電路中的停車?yán)^電器控制，用來控制膠帶機主回路的通斷。
3.3軟件設(shè)計
智能綜保儀的軟件主程序流程圖如圖3所示。上電后，首先從串行存儲器A T24COl中讀出系統(tǒng)參數(shù)，包括溫度、速度報警值以及滾筒直徑、磁鋼數(shù)目等，然后從系統(tǒng)板上的工作／調(diào)試開關(guān)位置判斷膠帶的工作狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)入不同的處理程序。由于設(shè)計的綜保儀既可獨立使用，又可聯(lián)機使用，因此，在程序中設(shè)置了聯(lián)機還是單獨使用的判斷，用于確定是否上下通信傳遞各膠帶機的運行信息，從而達(dá)到逆煤流啟、順煤流停的效果。圖3所示的流程已作簡化，如停車時和開車時的檢測保護(hù)信號類型是有差別的，停車時的速度保護(hù)是不存在的，啟車時的速度盡管低于低速報警值，但也不會產(chǎn)生報警信號。
從圖3的流程還可以看出，通信程序在集中控制系統(tǒng)中是比較重要的一環(huán)，只有通過接收上下膠帶的通信命令，本條膠帶才能作出是否立即停機、延時停機、還是重新開機等的判斷；系統(tǒng)軟件還有測速子程序、測溫子程序、鍵盤／顯示子程序、報警控制子程序、讀寫存儲器子程序等。
充分利用原有PLC系統(tǒng)現(xiàn)場接線進(jìn)行布線、接線。開、停車預(yù)告增加一套PLC輸出連接的報警系統(tǒng)，以增加開停極機的安全性、可靠性。該集中控制系統(tǒng)可實現(xiàn)設(shè)備按逆煤流方向成組或逐臺順序起車，順煤流方向成組或逐臺順序停車。在起車和正常運行中，各設(shè)備之間設(shè)有電氣聯(lián)鎖。在非常情況下，控制室能實現(xiàn)緊急停車，在任何控制方式下，現(xiàn)場都能就地停車。在集中控制方式時，參加集控的各種設(shè)備必須預(yù)先打到集控位置，起車前，由控制室向現(xiàn)場發(fā)出起車預(yù)告信號，經(jīng)延時，系統(tǒng)中各設(shè)備按閉鎖關(guān)系和時序的要求自動起車，在向現(xiàn)場發(fā)送預(yù)告信號和系統(tǒng)起車過程中現(xiàn)場和控制室均能撤消預(yù)告信號，終止起車過程，并發(fā)出報警信號。當(dāng)設(shè)備故障時，一般事故只能報警，但對影響設(shè)備運行和人身安全的事故同時具有停車功能。
4、結(jié)論
計算機集控系統(tǒng)能極大地提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。能解決日前廠礦企業(yè)集控、調(diào)度管理系統(tǒng)相互脫節(jié)，無法充分發(fā)揮效力的缺點，先進(jìn)的檢測，監(jiān)控技術(shù)．不僅能縮短查找故障的時間，而且能起到對故障進(jìn)行預(yù)測，解除的功能。
相關(guān)輸送機產(chǎn)品：
1、皮帶輸送機
2、刮板輸送機
3、斗式提升機
