皮帶運輸機控監(jiān)測系統(tǒng)設計

1、皮帶運輸機是一種用于對物料進行輸送的連續(xù)運輸機械，被廣泛應用在礦山、電廠、 港口等領域中。皮帶運輸機在工作中容易出現(xiàn)打滑、跑偏、堆煤、斷帶、撕裂甚至著火 等事故，從而影響正常生產(chǎn)和安全。所以實現(xiàn)皮帶運輸機運行自動檢測、報警和保護具 有重要意義。該系統(tǒng)采用avr系列的atmegal6單片機作為主控芯片，設計了本設計監(jiān)測范圍廣，不僅可以監(jiān)測皮帶運輸機的打滑、跑偏、堆煤、縱向撕裂和煙 霧等故障，而且同時監(jiān)測電機軸承溫度和皮帶環(huán)境溫度，可實現(xiàn)對運輸機運行的實時監(jiān) 控。當多臺運輸機需要同時監(jiān)測時，控制器電路設計中的網(wǎng)絡通信擴展接口可以實現(xiàn)他 們之間的通信。關鍵字：皮帶運輸機，監(jiān)測，單片機abstract

2、belt conveyor is a continuous transportation machinery, it is used in production line of mine, power plan, ports, iron and steel enterprises and light industry widely, it can transport the dispersed material, also can transport the items made into pieces. such a system classifiles the object under i

3、nvestigation as one of numerous possible categories that in return for the current domestic this paper mostly the in-situ human control way to improve, and realize the automatic monitoring, alarm and control.the system uses high-grade microcontroller avr series of atmegal6 as the master chip, and th

4、erefore solve the plc system as the high cost. at the same time also solved the problem of 51 series singlechip low current, slow processing speed, peripherals circuit complex.the designing monitoring range ,such as monitoring of the belt conveyor skidding of wandering coal longitudinal tear and smo

5、ke failure ,and the temperature of motor bearing and belt environmental . as to realize the transport operation to the real-time monitoring and add the function that set the alarm temperature value by self,it's strengthen the system's adaptability.the system also designed network communicati

6、on expand interface for customers to choose.key words: belt conveyor,monitoring, singlechip目錄摘要iabstractii第一章緒論11.1國內(nèi)外皮帶運輸機控監(jiān)測技術現(xiàn)狀11. 1. 1國外皮帶運輸機監(jiān)測技術現(xiàn)狀11. 1. 2國外皮帶運輸機監(jiān)測技術現(xiàn)狀11.2皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)的功能及意義21. 2.1皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)的功能21. 2. 2皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)的設計意義31.3課題研究的內(nèi)容3第二章皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計42.1監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計42.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明42. 1. 2系統(tǒng)部件的布置及

7、其功能52. 2信號檢測電路設計52. 2.1打滑檢測62. 2.2跑偏檢測72. 2.3堆煤檢測82. 2.4溫度檢測92. 2.5煙霧檢測102. 2.6撕裂檢測112.3保護裝置122. 3. 1啟動與停止控制122. 3.2自動灑水裝置12第三章基于單片機的皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計143. 1單片機系統(tǒng)設計143.2電源模塊設計153.3輸入輸出模塊設計173. 3. 1輸入模塊設計183. 3.2輸出模塊設計193.4溫度報警值設定模塊設計213. 5顯示模塊設計22第四章 程序模塊設計254. 1主程序254.2各子程序模塊錯誤!未定義書簽。4. 2. 1故障處理子程序錯誤!未定

8、義書簽。4. 2. 2顯示子程序錯誤!未定義書簽。4. 2. 3速度檢測子程序錯誤!未定義書簽。4. 2. 5報警溫度值設定子程序錯誤!未定義書簽。4. 2.6 ad轉(zhuǎn)換子程序錯誤!未定義書簽。4. 2. 7溫度監(jiān)測子程序錯誤!未定義書簽。4. 2. 4溫度值獲取子程序錯誤!未定義書簽?？偨Y(jié)26參考文獻27第一章緒論1.1國內(nèi)外皮帶運輸機控監(jiān)測技術現(xiàn)狀1.1.1國外皮帶運輸機監(jiān)測技術現(xiàn)狀國外皮帶運輸機技術的發(fā)展很快，帶式輸送機的功能多元化、應用范圍擴大化，如 高傾角帶式運輸機、管狀帶式運輸機、空間轉(zhuǎn)彎帶式運輸機等各種機型；而且?guī)狡?運輸機本身的技術與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是長距離、大運量

9、、高帶速等大型帶式 輸送機已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術是開發(fā)應用了皮帶運輸機動態(tài)分析與監(jiān)控技 術，提高了皮帶運輸機的運行性能和可靠性。隨著計算機技術的飛速發(fā)展,90年代以來國外先進的礦井采用了工業(yè)電視以及運輸 系統(tǒng)的綜合保護，利用現(xiàn)代信息技術與網(wǎng)絡技術，傳送皮帶運輸機的各種參數(shù)以及圖像。 實現(xiàn)井下皮帶運輸?shù)募O(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng)。fi前，口本、美國、德國等一些制造皮帶運 輸機的大公司都廣泛使用高檔的控制器，開發(fā)了先進的程序軟件和完整的i!動遠程監(jiān)控 系統(tǒng)，實現(xiàn)了對煤礦井下皮帶運輸機進行實時數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、故障診斷及查詢 等功能。許多公司已經(jīng)設計出用計算機來監(jiān)測控制，利用了計算機計算精度高

10、、存儲信 息量大、邏輯推理能力強和運算速度快等優(yōu)點來代替人工設計造型及校核等工作。1.1.2國外皮帶運輸機監(jiān)測技術現(xiàn)狀我國生產(chǎn)制造的皮帶運輸機的品種、類型較多。近年來我國皮帶運輸機監(jiān)測技術水 平有了很大提高，煤礦井下用大功率、長距離皮帶運輸機的關鍵技術研究和新產(chǎn)品開發(fā) 都取得了很大的進步。如大傾角長距離皮帶運輸機成套設備、高產(chǎn)高效皮帶集控系統(tǒng)順 槽可伸縮皮帶運輸機等均填補了國內(nèi)空白，并對皮帶運輸機的關鍵技術及其主要元部件 進行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，研制成功了多種軟起動和制動裝置以及以plc為核心的可 編程電控裝置，驅(qū)動系統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星齒輪減速器，在皮帶運輸機狀態(tài) 監(jiān)測、事故預警與

11、故障診斷方面取得了矚目的成就。國內(nèi)對礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預警的研究已經(jīng)在一些故障機理、診斷方法及 簡易檢測診斷儀器研制上取得了一定成就，監(jiān)測、診斷與預警等技術水平得到了迅速的 提高，但是目前還沒有一種礦井皮帶運輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預警系統(tǒng)。而且基于我國生產(chǎn) 力發(fā)展還不太不均衡，大多數(shù)中小型煤礦技術和安全保障水平相對還沒達到采用自動控 制系統(tǒng)的水平。由于皮帶運輸機的使用性質(zhì)而決定了其工作環(huán)境比較惡劣，皮帶運輸機 在運行過程中經(jīng)常會岀現(xiàn)跑偏、打滑、縱向撕裂、燃燒、斷帶、堆煤等故障。據(jù)統(tǒng)計，我國有很多的皮帶運輸機控制系統(tǒng)方面還采用現(xiàn)場手動控制，當發(fā)生故障時，手動控制 很多吋候不能夠在第一吋間做出相

12、應的控制動作，所以這種控制方式不僅存在著很大的 安全隱患，也會給企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來很大的損失。隨著科學技術的發(fā)展，控制器的處理速度有了很人的提高，而口其價格也很便宜， 所以許多公司都利用了計算機處理速度快，控制精度高等優(yōu)點研發(fā)出了不少現(xiàn)代化的皮 帶運輸機運行監(jiān)測系統(tǒng)。將計算機控制技術、網(wǎng)絡技術、工業(yè)電視技術、通信技術、電 力電子技術，用于井下皮帶運輸機實現(xiàn)自動控制，自動測量，不緊大大的提高生產(chǎn)效率, 增加了煤炭產(chǎn)量而口使設備的可靠性和利用率得到有效提高，勞動人員的安全得到可靠 保證，工作環(huán)境得到進一步的改善，實現(xiàn)了安全、可靠、經(jīng)濟的運行。近年來，國內(nèi) 自動化研究單位在皮帶運輸機控制方面作了大量

13、的工作，研制出以單片機和可編程序控 制器為主的主控機。以燈光、模擬盤、控制臺等屏幕顯示的皮帶動輸機監(jiān)控監(jiān)測裝置。1.2皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)的功能及意義1.2. 1皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)的功能監(jiān)測系統(tǒng)主要由信號檢測單元、信號處理單元和數(shù)字顯示、預（報）警控制單元組成。 在牛產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)中，為了確保安全牛產(chǎn)以及牛產(chǎn)的質(zhì)量和技術指標，設計中對超過 設定值的信號進行報警,采用聲光報警電路。系統(tǒng)的主要功能：皮帶運輸機在正常工作狀況時，沒有故障信號，各檢測傳感器不動作，故障信號燈熄 滅,沒有報警聲；1）手動處理優(yōu)先級最高，即使控制繼電器導通，當按下停止按鈕后，電機立即停 止運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)緊急停車并閉鎖，只有再次按

14、下啟動按鈕后電機才可以運轉(zhuǎn)。2）當有斷帶、跑偏和堆煤信號輸入時，控制器使繼電器動作，電機停止并報警。3）當煙霧傳感器動作時，啟動自動灑水裝置并報警。4）電機轉(zhuǎn)速低于一定值時，控制器使繼電器動作，電機停止并報警5）其他故障用指示燈顯示其故障類型，軸承溫度和環(huán)溫育接用led數(shù)碼管顯示， 當溫度高于設定值時，發(fā)出報警并灑水，軸溫或者環(huán)溫中有一項高于65攝氏度時停止 電機運轉(zhuǎn)6）可以對軸溫和環(huán)溫報警值的設定，以增強系統(tǒng)的適應性報警可以提醒工作人員，工作人員可以根據(jù)現(xiàn)場情況來做出相應的故障處理措施，直至故障信號解除。1.2.2皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)設計的意義皮帶運輸機系統(tǒng)復雜，環(huán)節(jié)多，運量大，所用的設備種類

15、多，要求高。尤其是高產(chǎn) 高效的現(xiàn)代化礦井的運輸系統(tǒng)運行時就必須做到減少環(huán)節(jié)，消除煤流的停頓，實行不間 斷的運輸連續(xù)化、檢測、控制自動化，才能達到高產(chǎn)高效減員提效的目的。這樣，除了 安排少量的巡檢人員外，可以不配備皮帶運輸機的操作人員和管理人員。以單片機為主控機的監(jiān)測系統(tǒng)設計，可以用于皮帶運輸機實現(xiàn)自動控制，自動測量, 這不緊可以提高生產(chǎn)效率、增加煤炭產(chǎn)量，而且使設備的可靠性和利用率得到有效提高, 勞動人員的安全得到可靠保證，工作環(huán)境得到進一步的改善。選用單片機做主控芯片， 它的價格低廉，這大大減小了系統(tǒng)的經(jīng)濟費用，實現(xiàn)了安全、可靠、經(jīng)濟的運行。本設 計選用的事atmegal6單片機作為主控芯片

16、，與plc為核心的控制系統(tǒng)相比，它的成本 更低；而且比51系列單片機能承受的電流大，處理速度快，外設電路簡潔，信號傳輸 抗干擾能力更強。1.3課題研究的內(nèi)容本文以礦井皮帶運輸機為背景，對煤礦皮帶運輸機控制系統(tǒng)進行了深入研究和具體 完善，其主要研究工作如下：1）主要介紹本課題的背景、意義及國內(nèi)外的發(fā)展狀況。2）介紹皮帶運輸機運行監(jiān)控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。3）監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計。4）監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)。5）對全文進行總結(jié)，指出其特有研究的問題和今后的工作重點。課題主要研究的是皮帶運輸機在運行吋對其運行狀態(tài)的監(jiān)測，通過對故障信號的采 集，把采集到的故障信號傳送給控制器，再由控制器對故障信號做以比較和判斷，

17、同吋 把采集到的溫度值用led數(shù)碼管顯示出來，構(gòu)成一個簡單的人機界面。一旦有故障發(fā)生, 故障信號會及吋的傳送給控制器，控制器對故障信號做出分析判斷，然后發(fā)出聲光報警。 當溫度過高或者有煙霧發(fā)生吋，系統(tǒng)會啟動自動灑水裝置來降溫。當需要停止皮帶運輸 機吋，系統(tǒng)會使控制繼電器動作，斷開電機電源，來實現(xiàn)故障保護。第二章皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計2.1監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計2.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖各故障信號是以邏輯電平信號的形式傳送給控制器，當有故障信號輸入時，相應的 指示燈點亮。故障信號輸入到控制器后，經(jīng)過程序控制，輸出相應的控制信號并且顯示 實時溫度值。當按下電源開關時，系統(tǒng)就開始工作，

18、在沒有故障發(fā)生時，繼電器處于導通狀態(tài)， 這時啟動按鈕才能起作用，按下啟動按鈕，電機得電，皮帶運輸機開始工作。當有故障 發(fā)生時，故障信號傳送給控制器，控制器會關斷繼電器，使得交流接觸器線圈失電，從 而斷開電機電源，皮帶運輸機停止工作并且發(fā)出故障報警信號。在故障解除之前繼電器 一直處于斷開狀態(tài)，實現(xiàn)了控制回路的安全閉鎖。只有當故障解除z后，繼電器才閉合, 此時按下啟動按鈕后，電機才能工作。2. 1.2系統(tǒng)部件的布置及其功能1）每條皮帶運輸機的機頭旁邊都設有就地控制箱，啟動和停止按鈕則安裝在控制箱內(nèi)。2）所有皮帶運輸機都安裝跑偏開關，每隔大約50米設置一對跑偏開關，嚴重跑偏時緊 急故障停車。3）堆煤

19、保護和縱向撕裂保護裝置安裝在每條皮帶運輸機的落煤點，出現(xiàn)事故時緊急停 機，以防止皮帶運輸機事故的擴大化。4）煙霧傳感器安裝在皮帶運輸機運行的巷道內(nèi)，特別是皮帶運輸機容易發(fā)生摩擦產(chǎn)生 煙霧的部件旁邊，用來檢測煙霧濃度防止火災事故的發(fā)生。5）速度傳感器安裝在皮帶運輸機的從動輪上，用來檢測皮帶的速度及防止打滑事故的 發(fā)生。6）兩個溫度傳感器分別安裝在皮帶運輸機的電機軸和主滾筒上，隨時檢測滾筒的溫度, 并配備自動灑水裝置，在溫度值超過設定值時實現(xiàn)自動灑水使其降溫。當溫度高于 65攝氏度時，控制器會自動關閉電機電源，防止溫度過高而引起火災。7）皮帶運輸機每隔大約100米設置啟動預警裝置，設備啟動前發(fā)出預

20、警信號，提示有 關人員立即離開皮帶運輸機設備。8）在操作臺上能集中顯示皮帶運輸機的工作狀態(tài)、故障類型和實時溫度。2.2信號檢測電路設計在使用傳感器對物理量進行測量吋，測量一個物理量，會有多種傳感器可以選擇， 各種傳感器在原理和結(jié)構(gòu)上基本互不相同。傳感器選型必須綜合測量對象、測量目的、 以及測量環(huán)境等因素，從而選擇最為合理的傳感器，這是在對某個量進行測量前要解決 的首要問題。當選用的傳感器確定以后，就可以確定與之相配套的測量方法和測量設備 了。傳感器的選用是否合理，這對測量結(jié)果和系統(tǒng)的可實現(xiàn)性都是至關重要的。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性 能參數(shù)。礦井皮

21、帶運輸機的工作運量大、運輸距離長、連續(xù)運輸性能要求較高，為保障礦井 的安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，速度故障處理吋間，就必須對礦井皮帶運輸機實施可靠的 控制。傳感器的選型直接關系到礦井皮帶運輸機系統(tǒng)的正常運行，任意傳感器出故障都圖2-2故障信號采集會影響體統(tǒng)的正常運行，輕則造成系統(tǒng)頻繁誤動作，加速系統(tǒng)老化，重則造成設備和人 工傷亡，因此傳感器的選型和質(zhì)量都極其重要。由于礦井的環(huán)境十分惡劣，傳感器必須 選用低故障率、高靈敏度、長壽命，具有三防功能的產(chǎn)品。2. 2. 1打滑檢測皮帶打滑通常是由于皮帶在與主動滾筒相遇點上的實際張力大于皮帶兩端張力的 極限值而造成的。如果皮帶和滾筒的速度不相等，那么皮帶就存

22、在打滑現(xiàn)象。木設計選 用kgx-si速度傳感器。它是一種將皮帶運輸機的運行速度檢測出來，變成電脈沖信號 運輸給保護裝置，使裝置能夠根據(jù)速度大小來確定運行狀態(tài)，可同時解決皮帶運輸機低 速運轉(zhuǎn)、打滑和斷帶等問題的智能傳感器。kgx-si礦用木安型速度傳感器為木質(zhì)安全型電氣設備，主要適用于煤礦井下有瓦 斯、煤塵爆炸危險的環(huán)境。與皮帶運輸機電氣控制裝置配套，用作輸送帶皮帶速度（加 速度）檢測、低速打滑和超速保護。皮帶速度不出現(xiàn)打滑時，兩脈沖同時輸入單穩(wěn)態(tài)電 路，變換后電子開關端輸出高電平；若出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，從動輪速度下降，霍爾元件發(fā)出 的正脈沖將不能與前一脈沖觸發(fā)的正脈沖同步，經(jīng)過一段時間延遲后電子開關

23、端輸出低電平，低速指示燈亮。磁鋼以一定的轉(zhuǎn)速劃過檢測面，按動標定按鈕，此時標定的為正 常轉(zhuǎn)速（視為100%）,當轉(zhuǎn)速50%70%倍的轉(zhuǎn)速在10s左右速度傳感器動作，當轉(zhuǎn)速小 于等于50%或大于等于110%的轉(zhuǎn)速時，速度傳感器應立即輸出控制信號時啟動器動作。安裝時只需將磁鋼固定到從動輪端面，將速度傳感器固定到機架上，感應端靠近磁 鋼。皮帶機正常運轉(zhuǎn)后，按下標定按鈕即可。當速度傳感器靠近磁鋼時，速度傳感器上 的接近開關產(chǎn)生一個正脈沖信號，與從動輪轉(zhuǎn)速成反比的正脈沖信號，每個正脈沖觸發(fā) 單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生一定脈寬的正脈沖，此時的正脈沖與接近開關發(fā)出的同時輸入另一單 穩(wěn)態(tài)電路。kgx-si速度傳感器主要

24、參數(shù)：輸入電壓：dc12v工作電流w35ma輸出頻率（f0）：方波輸出。23. 0v高電平輸出狀態(tài)，拉出電流為2ma時，輸出電壓23.0v低電平輸出狀態(tài)，灌入電源為2ma時，輸出電壓w0.5v輸出頻率值f0二130vx,允許誤差w±5%,其屮vx為膠帶機速度m/s,負載電流25ma測速范圍:0. 1_4. 0m / s；頻率輸出范圍:13"520hz/s2.2.2跑偏檢測皮帶運輸機運行時皮帶跑偏是最常見的故障，皮帶跑偏輕則造成撤料、皮帶磨損， 重則由于皮帶與機架劇烈摩擦引起電機過載，皮帶軟化、燒焦甚至引起火災，造成整個 生產(chǎn)線停產(chǎn)，因而，正確地處理好皮帶跑偏關系到整個生產(chǎn)系

25、統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。1）跑偏傳感器的主要用途跑偏傳感器主要用于檢測實際運行中帶式皮帶運輸機的偏移狀態(tài)來發(fā)岀信號，實現(xiàn) 帶式皮帶運輸機跑偏后自動報警和自動停機功能，來防止因皮帶運輸機偏移傾斜使物料 撒落。其常態(tài)為閉合狀態(tài)，動作時斷開。當皮帶運輸機在運行過程中發(fā)生嚴重偏移時， 則傳感器輸岀停機信號。2）跑偏傳感器的選型與安裝選用gej25/35礦用本質(zhì)安全型跑偏傳感器，如圖3-3所示。gej系列跑偏傳感器是 帶式皮帶運輸機必備的安全保護裝置。它徹底改變了傳統(tǒng)跑偏傳感器機械設計不合理、 使用壽命短的缺點，其具有防砸、防腐、堅硬及柔韌性強等特點，適合在不同的惡劣環(huán) 境中使用。跑偏傳感器由立轆、復位手柄（調(diào)偏

26、再啟動）、凸輪及行程開關等組成。傳感器分別 安裝于帶式輸送機機頭部與機尾部兩側(cè)的機架上。傳感器軸轆在正常狀態(tài)下（無跑偏 時），軸車昆與皮帶邊緣線正交（垂直），兩者間距離大約在5cm。當皮帶因偏載而發(fā)生跑 偏時，皮帶與軸轆相互摩擦，并迫使軸車昆發(fā)生偏移，當軸轆擺動角度225。時，第一級 微動開關動作，發(fā)出預警信號，當軸轆擺動角$35。時，第二級微動開關動作，切斷皮 帶輸送機控制回路停機或向監(jiān)控站發(fā)出跑偏故障信號。來有效的防止皮帶因跑偏而導致 的灑煤、摩擦或撕裂而引起的皮帶著火，以免運輸系統(tǒng)皮帶運輸機運輸系統(tǒng)的事故發(fā)生。 當故障排除后，傳感器軸車昆自動又恢復到正常狀態(tài)。gej25/35跑偏傳感器主

27、要參數(shù)：輸入電壓：dc12v工作電流w35ma輸出頻率（f0）：方波輸出。23. 0v高電平輸出狀態(tài)，拉出電源為2ma時，輸出電壓3. 0v低電平輸出狀態(tài)，灌入電源為2ma時，輸出電壓w0.5v頻率輸出范圍：13520hz/s出線嘴數(shù)量：1只；允許電纜的最大外經(jīng)11mm2.2.3堆煤檢測監(jiān)測卸載點是否有堵煤現(xiàn)象，一般將傳感器吊掛在皮帶卸載處或機頭的煤倉內(nèi)。正 常的煤流運動應不能碰擊堆煤傳感器。但當卸載點發(fā)生堆煤故障時，滯留的積煤應能觸 及堆煤傳感器，使它發(fā)生動作。本文選用glu50型煤位探測傳感器為礦用本質(zhì)安全型設備。在結(jié)構(gòu)設計上電極探頭 采用不銹鋼重錘式結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)緊湊，堅固耐用，安裝方便

28、，使用靈活，性能穩(wěn)定。 本產(chǎn)品由不銹鋼重錘式電極探頭、不銹鋼鋼絲繩和本安控制電路接線盒等組成，接線盒 里放電路板和接線端子。將電極探頭固定在適當位置上，當煤倉中的煤觸及相應高度位 置的電極探頭時與本安電路控制信號輸入端構(gòu)成回路，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換，輸出控制信號。當 傳感器用于溜槽上時，本安電源給本安控制電路接線盒輸入dc24v,并將本安控制電路 接線盒外殼與溜槽連接，當煤等物料發(fā)生堵塞時，煤等物料就會出現(xiàn)異常增高的堆料現(xiàn) 象，此時當煤等物料觸及到電極探頭時，電極通過煤的煤阻與檢測電路形成檢測信號回 路，其信號傳送、轉(zhuǎn)換、控制等過程與應用在煤倉煤位時相同。它除了可以用于監(jiān)測礦井煤位之外，還可以用以監(jiān)測煤

29、濕度。它具有以下特點：a. 外殼堅固，密封性能好，能在惡劣環(huán)境中使用；b. 動作靈敏，可靠，安裝方便；c.傳感器能延時動作，延時時間可調(diào)，避免由于大塊物料撞擊引起的誤動作; 主要性能及技術參數(shù)工作電壓：dc24v；工作電流：w30nia；2.2.4溫度檢測集成模擬溫度傳感器，具有靈敏度高、線性度好、響應時間快等優(yōu)點，而且它還將 驅(qū)動電路、信號處理電路和必要的邏輯控制電路集成在ic上，有實際尺寸小、使用方 便等優(yōu)點。圖2-3 ds18b20外部接線方式本文選用ltm8877數(shù)字化溫度傳感器，其內(nèi)部核心芯片是dallas公司生產(chǎn)的 ds18b20型溫度傳感器，測溫范圍一55°c+125&

30、#176;c,固有測溫分辨率0.5°c,溫度數(shù)字 量轉(zhuǎn)換吋間僅需200ms （典型值），實吋性非常強，同吋用戶可定義的非易失性溫度報警 設置。獨特的一線接口，只需要一條口線通信，簡化了分布式溫度傳感應用，無需外部 元件，可直接用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 v至5. 5 v無需備用電源。ds18b20的 數(shù)字溫度計提供9至12位（可編程設備溫度讀數(shù)）精度，當不設置吋默認為12位，最 小分辨率為0.0625°c。信息被發(fā)送到ds18b20通過1線接口，所以控制器與ds18b20 只有一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電 源。因為每一個ds1

31、8b20的包含一個獨特的序號，多個ds18b20s可以同吋存在于一條 總線。較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于ds1820與微處理器間采用 串行數(shù)據(jù)傳送，因此，在對ds1820進行讀寫編程吋，必須嚴格的保證讀寫吋序，否則 將無法讀取測溫結(jié)果。2.2.5煙霧檢測當皮帶運輸機由于摩擦等原因造成煙霧發(fā)生時，懸掛在巷道內(nèi)的煙霧傳感器起作用 發(fā)出報警聲，同時故障信號傳送到控制器，控制器會切斷電機電源，同時啟動灑水裝置 進行灑水，起到煙霧保護作用。煙霧傳感器就是通過檢測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災防范的器件。本文選用gqqo. 1型 煙霧傳感器，其內(nèi)部電路圖如圖3-8所示。gqqo. 1型煙霧傳感器主

32、要適用于煤礦井下有 瓦斯、煤塵爆炸性氣體等惡劣的環(huán)境中，用于皮帶運輸機因摩擦發(fā)熱或其他原因而產(chǎn)生 的煙霧進行檢測保護。該傳感器可配接聲光報警裝置和斷電裝置，實現(xiàn)斷電和報警控制, 也可以與各種生產(chǎn)、安全監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。接上電源后，傳感器上的紅燈每秒一次閃爍，表示傳感器預熱延時，約1012分 鐘后，停止閃爍，進入正常檢測，這時按試驗按鈕，紅燈連續(xù)閃爍，頻率加快，同時輸 岀繼電器動作保護。此傳感器采用雙氣敏探頭，對煙霧具有一定的選擇性，其信號通過 專用電路處理后，送給電控箱。當動作后，其輸岀高電平變成低電平送給電控箱動作， 同時煙霧傳感器內(nèi)的紅燈快速閃爍，并發(fā)出報警聲音。由于此傳感器設置了兩個出線

33、口， 溫度引線可以從其內(nèi)引岀，以簡化路線連接。此傳感器的安裝位置應選擇皮帶運輸機機 關傳動部件或容易發(fā)生摩擦產(chǎn)生煙霧的部件旁邊，一旦有煙霧產(chǎn)生，煙霧進入感煙探頭 后，傳感器立即動作。gqqo. 1型煙霧傳感器工作參數(shù)：電網(wǎng)電壓允許波動范圍：-25%+10%;工作電壓：dc12v、工作電流：150ma;傳感器到主機的傳輸距離不得大于1000m (單芯截面積1. 5mm2)傳感器的輸岀信號制應符合mt209-1990第5. 3條的規(guī)定并應在無煙檢測為(5-10v),有煙報警w0.5v當煙霧濃度為0. img/m3時，傳感器的其響應時間w30s。傳感器靈敏度為ii級。圖2-4 gqq0.1型煙霧傳感

34、器內(nèi)部電路圖2. 2. 6撕裂檢測皮帶運輸機撕裂故障是皮帶運輸機最嚴重的一種故障。皮帶運輸機輸煤系統(tǒng)有許多 設備組成，但是皮帶自身的安全卻往往是一個薄弱環(huán)節(jié)，一條運煤皮帶的成本占整個機 器成本的40%以上，因此監(jiān)測皮帶撕裂現(xiàn)彖發(fā)生非常重要。皮帶撕裂的原因和現(xiàn)彖主要 有以下幾種： 抽芯撕裂皮帶在強烈的沖擊力作用下，造成皮帶中心的鋼絲芯斷裂，經(jīng)過長時間的磨、壓、 拉等外力作用，斷裂的鋼絲芯斷頭露出來。 皮帶跑偏造成撕裂皮帶運輸機在運行過程中，皮帶發(fā)生跑偏，往單側(cè)偏移幅度較大時，就容易形成折 疊，受到設備結(jié)構(gòu)摩擦很容易刮傷皮帶，造成皮帶撕裂，這一般發(fā)生在皮帶的兩側(cè)。 異物劃傷皮帶這種損傷通常發(fā)生在溜

35、槽下部，根據(jù)運煤流程的需要，相鄰的兩條皮帶首尾銜接處 應該有一定的高度，這樣才能使上部皮帶運輸機的煤產(chǎn)生一定的勢能。當落到下部皮帶 運輸機時就達到一定的速度，但是如果下落的煤中混有尖銳物體，在接觸皮帶時由于慣 性作用，尖銳物體就會劃傷皮帶，導致皮帶在運動過程中造成撕裂。 煤炭卡壓堵塞引起的撕裂這是由于皮帶下面的緩沖托轆是間隔分布的，平且溜槽前端和皮帶表面的距離有 限，當較大物料下落時，落于托車昆z間，將砸破皮帶導致撕裂。另外當裝載點處上料量 突然增大時，也會使皮帶裝料堵塞，經(jīng)過長時間摩擦，導致皮帶撕裂。本文選用zs-1型皮帶撕裂傳感器，如圖3-9所示，適用于煤礦有瓦斯、煤塵爆炸 等危險環(huán)境，與

36、皮帶運輸機電氣控制裝置配套使用，用作皮帶運輸機檢測與保護。當皮 帶運輸機的皮帶被尖銳物體穿透后，物料落到傳感器上，這時傳感器將信號傳到信號箱, 控制繼電器動作，發(fā)出報警和停車信號，從而實現(xiàn)保護皮帶的作用。2.3保護裝置2.3. 1啟動與停止控制本系統(tǒng)采用交流接觸器的自鎖來切斷電機電源而實現(xiàn)屯機的急停，控制繼電器直接 串聯(lián)到控制冋路中。啟動按鈕是不閉鎖的常開自動復位開關，啟動按鈕串聯(lián)在交流接觸 器的線圈冋路中。停止按鈕為常閉型自動復位開關，直接串聯(lián)到交流接觸器的線圈冋路 中。當啟動按鈕按下吋，接觸器線圈得電，常開觸電閉合，線路實現(xiàn)自鎖，接觸器正常 工作，電機得電。當停止按鈕按下時，線圈冋路斷開，

37、接觸器復位，使電源斷開，電機 停止工作?？刂评^電器直接串聯(lián)在啟動按鈕冋路，所以只有當控制繼電器導通吋，啟動 按鈕才可以起作用，這樣冋路直接由控制繼電器的通斷來控制。而控制繼電器是由單片 機來控制的，所以電源電路的控制直接由單片機來實吋控制?？刂圃韴D如圖2-5所示：繼電器線圈啟動按鈕主控繼電器 丁常開觸點t1o停止按鈕圖2-5主控制電路圖2.3.2自動灑水裝置本設計選用的是dfb-20/10礦用隔爆型電磁閥做自動灑水裝置，當有灑水信號時， 電磁閥開始工作。結(jié)構(gòu)特征與工作原理：1、dfb-20/10礦用隔爆型電磁閥為直控二位二通常閉式結(jié)構(gòu)，閥體上部為特種電磁 鐵。作為直接開閉閥門的動力源。閥體的

38、下部為閥座，由進水口、出水口、導水閥口 和活動鐵芯等部件組成。通電后，在電磁效應的作用下，活動鐵芯產(chǎn)生足夠大的提升 力克服彈簧和介質(zhì)壓力，使活動鐵芯脫離導水閥口，閥口打開，介質(zhì)即流通。反之， 斷電時，在彈簧和介質(zhì)壓力的作用下，活動鐵芯將導水閥口關閉，介質(zhì)不能流通。2、dfb-20/10礦用隔爆型電磁閥在公稱壓力范圉內(nèi)和流量接近于零或進出口壓差為 零的情況下均能正常開閥，因此工作可靠性高。3、電磁閥的進水口內(nèi)置有高效網(wǎng)狀過濾器，能有效地阻擋介質(zhì)屮直徑大于0.5伽 的雜質(zhì)流經(jīng)閥體，從而避免有害雜質(zhì)造成不良影響。4、根據(jù)用戶需要，可在省去控制裝置的電源箱和傳感器的情況下，電磁閥在接通 36v或127

39、v電源后，周期性地自動打開和關閉。打開和關閉的時間，用戶在訂貨時可 自行確定。選用dfb-20/10型礦用隔爆型電磁閥。它主要適用于煤礦井下含有煤塵和爆炸性氣 體的危險環(huán)境屮作為降溫、除塵灑水z用?？梢宰鳛榫伦詣蛹捌渌苈峰刂迫_或 全閉z用，與系統(tǒng)控制設備配合構(gòu)成皮帶運輸機控制系統(tǒng)，達到保護人體健康和安全生 產(chǎn)的fi的。本電磁閥分為上部閥體和下部閥座兩部分結(jié)構(gòu)，上部閥體為圓筒形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有電 磁體，作為控制閥門開閉的動力源，下部閥座內(nèi)有導水閥口，過濾器等部件，其中過濾 器能有效阻擋直徑大于limn的有害雜質(zhì)通過，這樣既可以避免了噴頭堵塞，又降低了井 下工作人員的勞動強度。其工作原理是：不

40、通電時，閥芯為初始態(tài)，導水閥口關閉，水 不能流通，通電z后，在電磁效應的作用下，電磁體能產(chǎn)生足夠的推力，克服水的壓力, 使閥芯脫離水閥口，水便流通，灑水裝置自動灑水。第三章 基于單片機的皮帶運輸機監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計3-1單片機系統(tǒng)設計vcc-d27diod nt r253kpbo (to)upb1 (tl)；pb2 (aino)(adco) pao (adcl)pal (adc2) pa2pb3 (a1n1)(adc3) pa3pb4 (ss)(adc4) pa4pb5 (mosi)(adc5) pa5pb6 (miso)(adc6) pa6pb7 (sck)(adc7) pa7pdo (rxd

41、)pcopd1 (txd)pcipd2 (into)pc2pd3(int1)pc3pd4 (oc1b)pc4pd5()c1a)pc5pd6 (1cp)(toscdpc6pd7 (t0sc2)(t0sc2) pc7resetarefxiagndavccqnx2d二atmega16_di72 3 4 5 68ji q<cr>t>于4 5 6 7 8 9 o 11* 11 1 1 i* fsj1312u35j。3938-3633242526臚9vcc10uf圖3-1 atmegal6最小系統(tǒng)本設計選用的主控芯片是atmel公司研發(fā)的avr單片機atmegal6, avr單片機有多

42、種頻率的內(nèi)部rc振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，使得電路設計變 得非常簡單，并且內(nèi)部資源豐富，集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、sp1、pmw、usart、tw1通信口和 豐富的中斷源等。avr單片機最小系統(tǒng)如圖3t,由最小系統(tǒng)圖可以看出avr單片機的最小系統(tǒng)顯得 非常簡潔，外設電路簡單，這就大大的提高了它的抗干擾性能。當系統(tǒng)不需耍外部時鐘 時，外部晶振也可以省略。其主要特性有：1) avr單片機采用了具有獨立的數(shù)據(jù)總線和程序總線的哈弗結(jié)構(gòu)，采用流水線方式 執(zhí)行，大大提高了指令的執(zhí)行效率，大部分指令可以在一個時鐘周期內(nèi)完成。2）avr單片機i/o結(jié)構(gòu)的設計使得外部電子元件數(shù)量可達到最小化，其i/

43、o線具有 可設置的上拉電阻、可單獨設定為輸入或輸出、可設定（初值）高阻輸入、驅(qū)動能力 強（輸出/輸入可達20ma）等特性，可直接驅(qū)動數(shù)碼管、led、小型繼電器等。3）avr單片機內(nèi)嵌高質(zhì)量的flash程序存儲器，擦寫方便，可反復擦寫100010000 次，支持isp和iap,便于產(chǎn)品的調(diào)試、開發(fā)、生產(chǎn)、更新。內(nèi)嵌長壽命的eeprom可 長期保存關鍵數(shù)據(jù)，避免斷電丟失。片內(nèi)大容量的ram有效地支持使用高級語言開發(fā) 的系統(tǒng)程序。4）avr單片機片內(nèi)有多種獨立的時鐘分頻器，可通過軟件設定分頻系數(shù)，提供多種 檔次的定時時間。avr單片機中的定時器/計數(shù)器可雙向計數(shù)產(chǎn)生三角波，再與輸出比 較匹配寄存器，

44、產(chǎn)生占空比可變。頻率可變、相位可變的脈沖調(diào)制輸出pwm。5）片內(nèi)有多通道10位a/i）轉(zhuǎn)換器，處理模擬量時得心應手；串行異步通信usart 不占用定時器和spi傳輸功能；具有多個固定的屮斷向量入口，因此可快速響應屮斷 5o相對于51系列單片機，它具有高性能、低功耗、處理速度快，內(nèi)部電路豐富等特 點。執(zhí)行速度是傳統(tǒng)的80c51單片機的十倍左右。3.2電源模塊設計系統(tǒng)所需電壓有+12v和+5v,220v的交流電源通過電源開關直接供給12v變壓器, 變換為12v交流電，此時的電壓波形是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波，波形 如圖3-4.1,再經(jīng)過單相橋式全控整流電路后，輸出波形如圖3-4.2,此時

45、已經(jīng)濾掉 了負電壓，再經(jīng)過電容濾波和lm7812穩(wěn)壓后，輸出較為平穩(wěn)的+12v直流電，波形如 圖 3-4. 3o應用lm78xx系列三端穩(wěn)壓i c來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠方便，而且價格便宜，所以在電 子電路屮經(jīng)常用來作為電源電路設計芯片。設計屮選用了 lm7812和lm7805,輸出電 壓分別為+12v和+ 5v,但當穩(wěn)壓管溫度過高時其穩(wěn)壓性能就會變差，所以在設計屮給 穩(wěn)壓管安裝了散熱器。經(jīng)過lm7805穩(wěn)壓（如圖3-3）的5v直流電源直接給單片機和溫度值設定模擬電位 器以及顯示電路板進行供電。由lm7812穩(wěn)壓（圖3-5）后輸出

46、的12v直流電源供電給輸 出電路部分，來驅(qū)動控制繼電器。7805u30ci7104圖3-3 7805穩(wěn)壓電路原理圖u27812圖3-5 7812穩(wěn)壓電源電路圖3.3輸入輸出模塊設計控制系統(tǒng)所用的電路板是一個8輸入8輸出的多用板，板上可以直接輸入8個12v 左右的直流電壓信號。而輸出部分也是由lm7812輸出的+12v電直接驅(qū)動八個繼電器作 為輸出。輸入輸出部分都采用pc817光耦隔離開關來實現(xiàn)單片機系統(tǒng)與外部電路的完全隔 離。使用pc817不僅可以簡化電路的設計，而口可以減小電路干擾，增加安全性。1發(fā)光器3、 _2圖3-6 pc817內(nèi)部框圖pc817工作原理：當輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光

47、線，照射在受光器上，受光器接受光線后導通, 產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了 “電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸 數(shù)字信號（開關信號），不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離 器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生 相應的光信號，從而使光敏晶體管的導通程度也不同，輸岀的電壓或電流也隨之不同。rxd18k27/rebde.3eea6txd4dgnd575176vccr56 170d31 p6ke6.8gndjid32p6ke6.8con2r55170圖3-7外部擴展通信模塊另外系統(tǒng)還設置了外部通信接口以供選擇，原理圖如圖3-2所示

48、。當有多臺皮帶運 輸機需要監(jiān)測時，需要應用外部擴展，即可使用此通信接口進行聯(lián)網(wǎng)，形成網(wǎng)絡控制， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)共享。3.3.1輸入模塊設計故障信號以邏輯電平形式直接傳送到控制器，加上阻容濾波整形后，直接輸入到光 電耦合開關pc817的控制端。當pc817導通時，74hc14輸入口拉低，經(jīng)過74hc14的反 向后，直接輸出5v正電壓，作為輸入信號送到單片機i/o 口，直接控制i/o 口的狀態(tài)。 當信號輸入高電平時，i/o 口接收到的也是高電平。vccgnd圖3-8輸入模塊原理圖（1/8）由pc817傳輸過來的電壓信號，再通過74iic14的反相整形，輸入到單片機上的就 是整形后的正脈沖信號，直接送

49、至單片機。表3-1： 7411c14真值表input輸入output輸出aylhhl74i1c14是一款高速cmos器件，其引腳兼容低功耗肖特基ttl(lsttl)系列，可以實 現(xiàn)6路施密特觸發(fā)反相器，可以將緩慢變化的輸入信號轉(zhuǎn)換成清晰、無抖動的輸入信號, 它主要用于將上下沿較緩的數(shù)字信號變?yōu)榉讲ㄐ问揭岳麛?shù)字信號接收電路識別，比如遺 傳高頻數(shù)字信號方波經(jīng)過一個普通光耦后可能畸變使后級電路不能識別，這時加一個 74hc14就可以使其變換為一個清晰、無抖動的方波信號。圖3-9 74hc14引腳功能3.3.2輸出模塊設計輸出模塊原理圖如圖3-10所示：控制信號由單片機i/o 口輸出低電平，光電耦合

50、隔離開關pc817導通，使得+12v電源與uln2803導通，電壓經(jīng)過uln2803的反向作用后 輸出低電平，使繼電器導通，來實現(xiàn)輸出端的控制。該電路為反向輸出型，即i/o 口輸 出低電平電壓，輸出端才能導通工作。vcc繼電器j?r80 5102i/o 口u17led-cled-epcs 173kiusout62sout5ksout4csout3sout26sout17.souto8口vu29r3712345678<. nnnnnnnn3n n wl wil 1 wi* ft ak0ut1out2out3out4out5out6out7out8com18 217out616out515o

51、ut414out313out212out111outo10 v+lclosecom l2 openr33 cz3k123con3d19kleduln2803圖3-10輸出模塊原理圖（1/8）uln2803是有8個npn達林頓晶體管，連接在陣列非常適合邏輯接口電平數(shù)字電路 （例如ttl, cmos或poms上/nmos）和較高的電流/電壓，如燈，電磁閥，繼電器，打 卬錘或其他類似的負載。uln2803釆用dip-18或sop-18塑料封裝。1至8腳為8路輸入,18到11腳為8 路輸出。驅(qū)動能力500ma50vo應用時9腳接地，要是驅(qū)動感性負載，10腳接負載電源 正極。輸入的電平信號為0或者5v。

52、輸入0時，輸出達林頓管截止；輸入5v電平時， 輸出達林頓飽和。輸出負載家在電源v+和輸出口上，當輸入為高電平時，輸岀負載工作。uln2803的每一對達林頓都串聯(lián)一個2. 7k的基極電阻，在5v的工作電壓下他能與 ttl和cmos相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)：pin connectionsgrd 9回回圖3-11 uln2803引腳圖wv3.0k圖3-12 uln2803內(nèi)部電路圖（1/8單元）uln2803 i作電壓高、電流大，灌電流可達500ma,并h能夠在關態(tài)時承受50v的電 壓，輸出還可以在高負載電流并行運行，其功能參數(shù)表如表表3-2： uln2803功能參數(shù)表r

53、ating參數(shù)符號數(shù)值單位output vol tage 輸出電壓vo50vinputvoltage輸入電壓vi30vcol lector current - cont inuous 集電極電流-連續(xù)ic500mabase current - continuous 基極電流-連續(xù)ib25maoperating ambient temperature range 操作環(huán)境溫度范圍ta0 +70°cstorage temperature range 儲存溫度范圍tstg-55 >150°cjunction temperature 結(jié)溫tj125°c3.4溫度報警

54、值設定模塊設計報警值的設定是通過兩個5. 6k的電位器，直接輸入一個模擬電壓值給單片機pa6 和pa7 口，avr單片機內(nèi)部帶有ad轉(zhuǎn)換器，所以這大大的減少了硬件電路的設計，經(jīng)過 內(nèi)部的adc轉(zhuǎn)換，使得模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換，直接輸出到數(shù)碼管 上顯示。在設定模式下，數(shù)碼管顯示當前設定值。退出設定模式時，處理器會自動保存 當前設定值。當溫度值高于設定值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號并且啟動自動灑水裝置，進 行降溫處理。當溫度持續(xù)升高到65°c吋，系統(tǒng)會啟動保護，斷開主控繼電器。atmega16pabcukb)圖3-13溫度值設定模塊原理圖3.5顯示模塊設計對于檢測到的軸溫和環(huán)溫

55、分別用三位數(shù)碼管顯示，此顯示模塊只需從單片機t/0 口 引出三條數(shù)據(jù)線，這三條數(shù)據(jù)線分別引入數(shù)據(jù)鎖存芯片74hc595的st_cp、sh_cp和ds 引腳，再通過對74hc595發(fā)送控制脈沖即可實現(xiàn)溫度值的顯示。此顯示模塊由三個74hc595分別來控制三位數(shù)碼管的顯示，每個74hc595的八位并行輸 出端分別接至七段led數(shù)碼管。當需要多個顯示時，直接可以從從電路板上引出五條數(shù) 據(jù)線進行級聯(lián)即可。q6q7o595回固固辺1211迴可dsoestjdpsh_cpmr圖 3-14 74i1c595 引腳表3-3： 74hc595引腳說明圖符號引腳描述q0q7第15腳廣7并行數(shù)據(jù)輸出gnd第8腳地q7'第9腳串行數(shù)據(jù)輸出mr第10腳主復位（低電平）shcp第11腳移位寄存器時鐘輸入stcp第12腳存儲寄存器時鐘輸入oe第13腳輸出有效（低電平）ds第14腳串行數(shù)據(jù)輸