煤矿带式输送机故障报警系统的综合研究

陈 强

（平煤股份八矿，河南 平顶山467000）

皮带运输机不管在运输量还是运输距离上要求都较为严格，因此在运输效率上与其他运输工具相比具有很大优势。我国煤炭生产和运输主要都是借助皮带运输机来完成。皮带运输机的基本功能是进行物料运输，因此在工厂进行组装时仅仅只会满足这个功能，对于机器的平稳运行等方面缺乏保障，并且在恶劣的井下环境中容易发生各种突发状况。为保障煤矿井下工作的安全性，煤矿安全法规规定，皮带输送机必须安装驱动轮的防滑装置，煤堆保护装置，防烟、温度保护和防偏离装置。带式输送机防撕裂装置也应布置在矿井的主要运输通道中。监控皮带输送机的运行状态，并在发生故障时及时发出告警信息，对于促进皮带输送机的平稳高效运行具有重要作用。

1 报警系统结构和传感器

本研究基于带式输送机的运行功能和原理，为满足实际使用需求， 设计了一种包含语音报警功能的带式输送机综合报警系统。该系统的主要组件是监视传感器，信号调节器，编码器，主控制器和语音警报。具体部件构成见图1。该设计的核心原理是利用传感器的感应功能来监视皮带的运行状态。当皮带在运行过程中有故障产生时，检测到的信息由信号调节器和编码器进行处理，然后通过主控制器将信号发送到语音报警器进行语音播报。故障警告出现在触摸屏上。

该综合警报监控系统的信号主要是在设备内部的传感器提供的。在设计中提出在皮带输送机中安装好各种安全监视传感器，用来了解并控制皮带输送机的运行状态。

图1 综合故障报警系统结构框图

2 信号调理及编码

综合故障报警系统在考虑信号调节的问题时，主要是将传感器接收到的电阻信号，电压信号，电流信号和开关信号等进行输出， 并根据实际需要进行调整，调整为编码器可以识别的标准TTL 电平信号。编码器的作用主要是通过输入的TTL 信号来执行分层编码的操作。为了达到主控制器节省端口的目的，将两个74LS148 芯片组被扩展以形成4-16优先级编码器，具体电路结构如图2 所示。

图2 编码器电路结构

从图2 中可以看出，扩展后形成的4-16 优先级编码器内部电路中的高阶切片U2 码始终处于有效状态，Ucc=U2·EI。当允许上层切片的U2 码且未接收到故障信息时，可以有效地下层切片的U1 码。U1·EI=U2·GS，从S01 到S16 的编码信号的优先级顺序增加。最后将通过扩展后的16-4 优先级编码器来进行信号传输， 为了方便主控制器对故障信息进行读取甚至是识别， 将信号传输到主控制器中控制芯片（STC89C52RC）的P1 端口来进行处理。

3 主控制器

（1）结构组成。主控制器的结构较为复杂，主要包括PLC 单片机，电源电路，晶体振荡器电路和复位电路等部件。PLC 的P0 端口的用途是连接上拉电阻，P1 端口的用途是进行收集传感器监控的信息。P3.1 和P3.2 端口分别是用于连接语音报警器和向语音警报发送控制命令，P3.3 和P3.4 端口用于读取本地测试数据，P3.5 端口用于在触摸屏上显示皮带输送机的工作状态，其余控制端口用于系统的扩展功能。

（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，具有很强的抗干扰能力。在特定的开发环境（Keilu Vision4 开发环境）中，可以通过C 语言设置结构功能以完成系统初始化，读取故障信号并将控制命令发送到语音警报。实际中得工作流程如下图3 所示。

图3 主控制器工作流程

4 语音报警器

语音报警器主要包括三个重要组成部分，即JQ6500 语音控制芯片，功率放大器和TF 卡（TFlash 卡）。

JQ6500 语音控制芯片由24 针组成，并采用SSOP 塑料进行包装封口。该芯片组采用了极其先进的SOC 控制方案，该方案将微型控制器和音频数字信号处理器集成在一起，可以更加方便，并且单片机的P3.1 和P3.2 端口进行信息通信和控制。通过单片机的串行接口进行语音播放。信息的传输宽度可以达到9600bps。

当检测到皮带输送机有故障，需要广播语音故障时，主控制器中的单片机将控制质量发送给语音报警中的JQ6500 语音控制芯片，具体类型为[7E04 03 XX XX EF]，上面的XX XX 表示一个4 位16进程，值的范围是0～65535。特定值由编码器设置。例如，将音频文件01.mp3 的内容设置为“皮带输送机超速。请放慢速度”，将02.mp3 文件的内容设置为“皮带输送机冒烟和危险”。当控制器接收到速度传感器发送的监控信号超过设定的皮带输送机速度控制值时，主控制器MCU 会将[7E 04 03 00 01 EF]控制命令发送到JQ6500 语音控制芯片，JQ6500语音控制芯片将读取存储在TF 卡中的01.mp3 文件，语音警报将发出“皮带输送机超速运行。请减速”语音警报；当主控制器接收到烟雾传感器监控信号并判断皮带输送机头位置处有烟雾时，主控制器MCU 将向JQ6500 语音控制芯片发送[7E 04 03 00 02 EF] 控制命令，JQ6500 语音控制芯片将读取TF 卡中存储的02.mp3 文件，并且语音警报将发出“平滑，危险的传送带”语音警报。为了保证TF 卡中存储下来的mp3 文件的语音质量处于正常状态，在设计中提出语音源文件采用高质量的录音文件，然后再对录音的音频进行处理，并通过专业的语音处理文件进行分割，根据需要命名所需的语音信息，最后将处理好的信息存储在TF 卡之中。

5 结 语

皮带运输机是煤矿井下煤炭开采和运输的重要工具，因此它的正常运行在确保煤矿作业的安全高效进行中起到了重要作用。另外带式输送机的综合故障报警系统可以对皮带运输机的实际运行状态进行实时监控，当皮带输送机在运行过程中出现任何故障时，会及时发出报警信息，辅助工作人员进行故障排除与解决，以确保皮带输送机的安全。本研究提出的皮带输送机综合故障报警系统主要是通过在皮带运输机内部设置传感器，然后根据单片机来判断传感器上面的监控信息。当确定皮带输送机出现故障时，将控制命令发送给JQ6500 语音控制芯片，有效地实现了皮带输送机故障的监测和故障报警，可以极大地提高矿井皮带的安全系数，有效提高皮带运输机的运输效率，增大煤矿产量。