談?wù)勲姍C智能保護器在皮帶機上的設(shè)計與應(yīng)用

摘 要：本文利用stm32單片機與各類傳感器的組合設(shè)計出了一套皮帶輸送機電機智能保護器，并給出了該系統(tǒng)具體的軟硬件設(shè)計方案。電機智能保護器對礦用皮帶輸送機的工作情況進行實時監(jiān)測，可以有效處理選煤廠皮帶運輸過程中出現(xiàn)的跑偏、撕裂、打滑、過載等一系列問題，節(jié)約修整成本。
　　關(guān)鍵詞：電機智能保護器；皮帶輸送機；監(jiān)測保護
　　1 引言
　　皮帶輸送機又簡稱為皮帶機，因為其使用的靈活性以及高效率的輸送，為散裝物料的輸送提供了有效手段，在生產(chǎn)生活中得到廣泛的應(yīng)用。特別在勞動強度很大的選煤生產(chǎn)中，皮帶機更是頻繁使用。選煤廠皮帶機運輸線路長、使用環(huán)境惡劣，一旦出現(xiàn)問題，不便于人工監(jiān)測和檢修。這樣便會延誤生產(chǎn)，造成一定的經(jīng)濟損失。甚至影響到員工的生命安全。因此，如何將皮帶機故障消滅在萌芽里至關(guān)重要，電子打標(biāo)。
　　皮帶機容易出現(xiàn)的問題主要有跑偏、撕裂、打滑、過載等等。針對這些問題設(shè)計的電機智能保護器能夠及時檢測到問題所在，并能通過聲光報警準(zhǔn)確有效地反應(yīng)出來。本系統(tǒng)以stm32單片機為核心，配以LCD液晶顯示屏、ISD4000語音芯片以及其他各類傳感器，來完成皮帶機的綜合保護。提高了生產(chǎn)安全，降低了維修成本。
　　2 系統(tǒng)性能分析
　　皮帶機出現(xiàn)的故障有多種，檢測裝置需要對不同的故障做出不同的處理。在選煤廠皮帶機電機智能保護器的設(shè)計中，主要有正常運行、強制運行和停車控制三種工作方式供用戶選擇。
　　正常運行是皮帶保護裝置的正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)上電之后立即進入開機檢測狀態(tài)，監(jiān)測保護裝置啟動，各傳感器開始自檢并向控制中心匯報數(shù)據(jù)，一切正常則啟動電機進入正常運行模式。強制運行是指系統(tǒng)上電之后皮帶機立即進入運行模式，各類傳感器不工作，監(jiān)測保護裝置關(guān)閉。停車控制有兩種狀態(tài)，一種是開機檢測時的傳感器異常，另一種是正常運行下皮帶機發(fā)生的某些不可逆故障。兩種情況均會發(fā)出聲光報警，并會在LCD顯示屏顯示故障類型。
　　皮帶機常見的故障有撕裂、打滑、過載、跑偏、超溫、煙霧等等[2]。皮帶機的撕裂、打滑、過載等多種異常運行狀態(tài)都可以通過檢測皮帶速度、電機轉(zhuǎn)矩來檢測。因此，皮帶速度、電機轉(zhuǎn)矩成為皮帶運輸系統(tǒng)狀態(tài)檢測的重要信號特征量。皮帶運輸機皮帶跑偏信號的檢測通常是跑偏開關(guān)來檢測，當(dāng)檢測到皮帶跑偏時，跑偏開關(guān)便會動作，并產(chǎn)生一個開關(guān)量信號，將其反饋到中央控制單元。煙霧與超溫的控制主要是通過傳感器對煙霧和溫度與預(yù)先設(shè)定值進行比較，當(dāng)所測數(shù)據(jù)大于預(yù)定值時進行聲光報警并開啟灑水裝置。
　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　電機智能保護器集數(shù)據(jù)?集、數(shù)據(jù)處理、人機交流、網(wǎng)絡(luò)通信，保護控制于一體。主要由stm32主控模塊、傳感器模塊、輸出控制模塊、通信擴展模塊構(gòu)成。
　　系統(tǒng)的控制單元采用的是STM32系列芯片，它是由世界最大的半導(dǎo)體公司之一意法半導(dǎo)體公司推出的一款高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用芯片。這里用到的是芯片型號是STM32F103RBT7，該芯片核心是ARM32位Cortex-M3處理器，時鐘頻率達72MHz，內(nèi)置128K的Flash，64位并行I/O接口，工作溫度范圍在-40℃～+105℃，適合選煤廠復(fù)雜的工作環(huán)境[3]。
　　除了選擇一個合適的主控芯片，整個電機智能保護器能否有效工作還取決于傳感器的選型是否合理。必須要選用故障率低、靈敏度高、使用壽命長且具有三防功能的產(chǎn)品。皮帶速度檢測主要采用GSC6-SC型速度傳感器，該傳感器將皮帶機的實際速度檢測出來，并將其轉(zhuǎn)換成電信號傳送至電機智能保護器，然后根據(jù)不同的速度值判斷皮帶機的工作狀態(tài)。電機轉(zhuǎn)矩檢測采用的是CQG電機轉(zhuǎn)矩傳感器，該傳感器應(yīng)用磁電轉(zhuǎn)換原理，用相位差原理和數(shù)字顯示的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量方法，能穩(wěn)定、可靠、快速地進行高精度測量。皮帶機的跑偏故障檢測采用的是KPT跑偏開關(guān)，當(dāng)檢測到皮帶跑偏時，開啟跑偏開關(guān)，產(chǎn)生一個開關(guān)電信號，將其傳送至中央控制單元，執(zhí)行相應(yīng)措施。溫度檢測選用的是DS18B20型單線數(shù)字式溫度傳感器，測溫范圍 -55℃～+125℃，在與中央控制單元連接時僅需要一條總線即可實現(xiàn)雙向通訊，將所測溫度與預(yù)設(shè)值進行比較，當(dāng)所測溫度超過預(yù)設(shè)值時，控制中心便啟動灑水裝置。煙霧檢測采用的是GQQ0.1型礦用煙霧傳感器，該傳感器通過檢測煙霧的濃度，將其轉(zhuǎn)換成電信號輸入皮帶保護裝置從而發(fā)出報警聲，停止皮帶機并啟動灑水裝置，起到煙霧保護作用。
　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　本系統(tǒng)軟件采用的是Keil MDK開發(fā)平臺，利用C語言。電機智能保護器所要進行的工作主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、保護措施的啟動。總體軟件流程設(shè)計如圖2所示。系統(tǒng)上電之后，各模塊初始化設(shè)置，開始檢測各傳感器是否設(shè)置正常，如果正常則進入運行模式，啟動皮帶機。在皮帶機運行階段，各傳感器開始工作，檢測皮帶機是否出現(xiàn)故障，判斷并顯示故障類型，執(zhí)行相應(yīng)的子程序。數(shù)據(jù)采集主要采集的是傳感器I/O口開關(guān)量，采集信號都是通過I/O口輸入。保護措施主要有報警、灑水、停車，每個動作均有相應(yīng)的I/O口控制輸出。
　　5 結(jié)束語
　　本文所設(shè)計的選煤廠皮帶機電機智能保護器操作簡單，使用方便，監(jiān)測精準(zhǔn)，能廣泛應(yīng)用于電廠、煤礦、工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)。目前該系統(tǒng)正處于測試階段，測試完成后即可投入到選煤生產(chǎn)線。此電機智能保護器能減少人員成本，節(jié)約維修資金，具有很好的應(yīng)用推廣前景。