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基于单片机的带式定量给料机断带保护装置控制

发布时间:2016-12-18 00:02:06
 
  带式定量给料机因其能够实现长距离高效率连续运输,在我国煤矿输送中占有主导地位,其安全可靠性对于煤矿企业生产具有重要影响。输送带一旦发生断带事故,将会给煤矿企业造成严重损失。因此,深入研究带式定量给料机断带保护装置,对保证煤矿安全生产具有重要意义。本文基于C8051单片机设计并研制了一套能够实时采集断带信号,并无线通讯传递给上位机进行数据分析的断带保护控制系统。该系统能够实现高速准确抓捕断带,具有检测准确、性能可靠、功耗低等优点。 
  在煤矿机械化生产进程中,带式定量给料机因为具有运输距离长、能耗低、运量大等优点在煤矿连续运输机械中占有主导地位[1]。为了适应煤矿扩大产能、提高生产效率的生产需求,带式定量给料机正向着更大运距、更大运量和更高运速的方向发展。由于煤矿井下运输条件复杂,而且输送带长期处于高负载连续工作状态下,对于输送带的运输性能和硫化接头的质量提出了较高的要求。尤其是在大倾角向上运输过程中,机头附近承载的输送带的内应力非常大,如果接头强度不足,或者使用维护不当,发生断带的可能性较大。如果发生意外断带事故,长距离输送带上承载的物料就会滑下运输机,严重时会损坏带式定量给料机机架、堵塞运输巷道、损坏周围设备,甚至会造成人员伤亡,不仅对煤矿生产效率影响严重,更会威胁到煤矿生命财产安全[2]。 
  1 控制系统结构 
  控制系统采用高速低功耗的C8051单片机,利用断带信号检测装置自动触发该系统。使用内部数据转换模块对断带信号进行采集,并经过A/D转换后直接存储到XRAM中。采集数据结束后,利用无线发射模块将数据传递给PC机,由分析App显示该断带信号,从而快速准确获得皮带断带位置和断带速度,及时进行断带保护动作。该控制系统的整体结构如图1所示。 
  2 控制系统设计 
  2.1 传感器 
  本文利用传感器检测断带的加速度,能够利于断带抓捕器更精确的抓捕断带。综合考虑传感器的灵敏度和频率响应等因素,选用LC0701-3型号传感器。其输出电压信号为0.6~4.4V,为了适应单片机C8051F020的端口电压,将传感器的输出信号利用电阻分压后(图2)采集到单片机内部ADC0模块的AIN0.0进行AD转换。 
  2.2 电源模块 
  控制系统的电源模块为整个下位机系统供电电压为9V,LM2576HVS芯片和LM2576HVS芯片为系统提供3.3V和5.0V电压。控制系统还将采集检测前后时刻AIN0.1口处的1/4电源电压信号,并将该电压信号转换为数据信号后传递给单片机,由单片机根据电压信号进行判断下一步动作。该电源模块具有功耗低、发热量小等优点。 
  2.3 无线收发模块 
  基于有限通讯存在的井下特殊环接线困难、仪器安装时间长、操作不方便等问题,本文选自无线收发模块用于实现检测数据和命令动作的传输。本文选用SRWF-501无线收发模块,发射频率为425.9292MHz,波特率为9600bps,并以SR WF-501的TTL的UART方式与单片机C8051F020直接相连,实现单片机与无线收发模块的可靠数据连接。上位机处,则采用市场上通用的USB转RS232连接线实现无线收发模块与笔记本电脑的连接,并利用电脑USB端口输出的5V电压为无线收发模块供电。 
  2.4 单片机 
  C8051F020单片机是本文设计的控制系统的核心元件,具有功耗低、操作简便、易于实现控制等优点。C8051F020单片机采用流水线指令结构,70%指令实行时间为1个或2个系统时钟周期,速度可达25MIPS,可在工业温度范围-45℃~+85℃内工作,且功耗低,是一款非常适合于恶劣环境工作的快速8位单片机[4]。控制系统设计采样时间为10s,每秒100个数据,共需要采集1000个数据。单片机的12位ADC0模块采样,需要2KB以上的存储空间,而C8051F020内部XRAM为4KB,能够满足控制系统存储要求,不需要拓展外部存储空间。这样可以减少单片机外围芯片数量,简化电路设计,降低成本,减小控制仪器的体积,能够更好的适应煤矿井下的复杂环境。 
  2.5 工作流程 
  控制系统的工作流程如图3所示,下位机采集到断带信号后经A/D转换传递给上位机,上位机分析数据并发出动作指令,再由下位机控制实行指令。上位机为笔记本电脑,携带方便,能够满足现场试验要求。
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