２００８１９皮带机输送综合保护控制装置的设计
（１．山东新方矿业集团
山东
潍坊
韩志工１李冠坚１，２
２６１２００；２．中国矿业大学应用技术学院
江苏
徐州
２２１００８）
摘要】以单片机和ＣＰＬＤ为核心设计一个皮带机输送综合保护控制装置对皮带机的运行状态进行实时监测。当皮带机的温度、速度和【
偏离位置等参数超标时，系统自动报警并采取相应措施。
关键词】皮带机；保护装置；单片机【【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＮｅｗｔｙｐｅｏｆｂｅｌｔｃｏｎｖｅｒｙｏｒｐｒｏｔｅｃｔｏｒｗａｓｄｉｓｉｇｎｅｄｆｏｒｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｂｅｌｔｃｏｎｖｅｒｙｏｒｕｓｉｎｇｍｉｃｒｏｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＣＰＬＤ．Ｗｈｅｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、ｒａｔｅｏｒｄｅｐａｒｔｕｒｅａｎｄｓｏｏｎｗｅｒｅｏｖｅｒｐｒｏｏｆｅｄ，ｔｈｅａｕｔｏａｌａｒｍｗｏｒｋｅｄａｎｄｃｅｒｔａｉｎｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓｗｏｕｌｄｂｅ
ｔａｋｅｎ．
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ＢｅｌｔｃｏｎｖｅｒｙｏｒＰｒｏｔｅｃｔｏｒＭｉｃｒｏｃｈｉｐ
ｃｏｍｐｕｔｅ
１．系统实现的功能
主要由以下各部分组成：
１）全自动控制：有被运物品时发出预警信号，自动启动皮带机；２）手动控制：留有原有的手动控制，可人工进行开停；
３）温度保护：滚筒表面温度超过设定的温度值时，自动立即停机，报警值可０～９９℃内任意调整；
４）速度保护：皮带运行时的速度超过设定值时，自动立即停机，速度的上下限值均可任意调整；
５）堆料保护：机头发生堆料时，自动立即停机；
６）烟雾保护：发生烟雾时断电停机，并启动自动洒水装置。
７）ＣＯ浓度保护：当ＣＯ浓度超限时停机，并启动自动洒水装置。
右四个点的跑偏进行检测，跑偏８）跑偏保护：对机头及机尾的左、
分两级，当跑偏较小时，只进行报警但不停机，当跑偏达到设定的二级位置时，立即停机。
９）急停闭锁：紧急情况，可利用急停开关实现紧急停机并闭锁，停机后，只有人工解除闭锁，才能再次启动。
滚筒的温度值采用数字显示，皮带的各种１０）显示：皮带的速度、
保护状态用指示灯显示，故障时能显示故障类型。
１１）胶带横纵向撕裂：实时扫描带面，当带面出现小的裂纹时，发出语音报警信号，提示检修。当裂纹严重时，实现急停。结合机械结构实现横向撕裂保护。
１２）通讯：利用ＲＳ４８５通信，上传到矿集中监控系统。
１３）结合电气装置可实现软启动，软停车。可以根据市场需求，做皮带机综合保护装置和皮带机软起动两个产品，也可以二者结合为一个产品。
详细了解单片机的总线读写时序，根据时序图来设计逻辑结构。其外部接口如图２所示。
图２ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ外部接口图
ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ与ＭＣＳ－５１系列单片机接口的ＶＨＤＬ电路设计如下图所示：
图３ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ与单片机接口图
２．系统工作原理与框图
充分利用单片机与大规模ＣＰＬＤ之间的互补性。、将此两类器件相结合的电路运用在工业现场的皮带运输机保护控制中，ＣＰＬＤ负责
判断、控制、人机界面及通讯，采集信号及预处理，单片机做数据运算、
实现了高性能的微机模式。通过配用不同的传感器来实现胶带运输机的低速、堆煤、跑偏、撕裂、烟雾、超温保护、并实现报警及自动洒水，同时具备沿线电铃信号自动打点停车功能。
４．ＣＰＬＤ与速度检测
本系统采用的速度传感器是两个霍尔传感器。将两个磁缸分别装在皮带运输机滚筒和皮带托辊上，利用两个霍尔传感器将滚筒和托辊
打滑、低速运行、断的转速分别传送给单片机系统，经系统判断，输出、
带等数字信号，经控制箱进一步处理，以达到保护设备的目的。
５．ＤＳ１８Ｂ２０与温度检测
系统要求的温度检测点为输送机的减速机高速轴，电动机壳体、滚筒轴承座及机头附近易发生温度过高的位置。温度升高时，传感器将温度信号传至主控箱，并在主控箱面板上显示数值，当温度超过设定的所需温度值时，通过主控箱发出报警信号或启动洒水电磁阀。
５．１ＡＴ８９Ｓ５２与ＤＳ１８Ｂ２０
ＡＴ８９ｓ５２是一枚８０５１兼容的单片机微控器，与Ｉｎｔｅｌ的ＭＣＳ－５１完全兼容，内藏４Ｋ的可程序化Ｆｌａｓｈ存储体，内部有１２８Ｂ字节的数据存储器空间，可直接推动ＬＥＤ，与８０５１完全相同。
ＤＳ１８Ｂ２０是ＤＡＬＬＡＳ公司生产的一线式数字温度传感器，具有３引脚，与系统连接电路图如下：
图１系统组成框图
３．ＣＰＵ核心器件的选型与设计
单片机具有性能价格比高，功能灵活、易于人机对ＣＰＬＤ＋单片机。
话、良好的数据处理能力；ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ则具有高速、高可靠以及开发便捷、规范等优点。
３．１ＣＰＬＤ与单片机的总线连接
单片机与ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ以总线方式通信的逻辑设计，重要的是要
图４
ＤＳ１８Ｂ２０连接图
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２００８１９如图５所示ＤＳ１８Ｂ２０的２脚ＤＱ为数字信号输入／输出端；１脚ＧＮＤ为电源地；３脚ＶＤＤ为外接供电电源输入端。
５．２温度部分软件设计
ＤＳ１８Ｂ２０的一线工作协议流程是：初始化→ＲＯＭ操作指令→存
写时序和读储器操作指令→数据传输。其工作时序包括初始化时序、
时序。故主机控制ＤＳ１８Ｂ２０完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对ＤＳ１８Ｂ２０进行复位，复位成功后发送一条ＲＯＭ指令，最后发送ＲＡＭ指令，这样才能对ＤＳ１８Ｂ２０进行预定的操作。复位要求主ＣＰＵ将数据线下拉５００微秒，然后释放，ＤＳ１８Ｂ２０收到信号后等待１６～６０微秒左右，后发出６０～２４０微秒的存在低脉冲，主ＣＰＵ收到此信号表示复位成功。
３．定时发送：从内存中取数并向主机发送．
经过调试，以上功能基本实现，目前可以通过上位机对单片机进行实时控制。
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６．跑偏检测
本检测系统选用的是光电式带材跑偏检测器。带材跑偏检测器用来检测带型材料在加工中偏离正确位置的大小及方向，从而为纠偏控制电路提供纠偏信号，主要用于印染、送纸、胶片、磁带生产过程中。
图５为测量电路简图。Ｒ１、Ｒ２是同型号的光敏电阻。Ｒ１作为测量元件装在带材下方，Ｒ２用遮光罩罩住，起温度补偿作用。当带材处于正确位置（中间位）时，由Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４组成的电桥平衡，使放大器输出电压Ｕ０为０。当带材左偏时，遮光面积减少，光敏电阻Ｒ１阻值减
差动放大器将这一不平衡电压加以放大，输出电压少，电桥失去平衡。
反之，当带材右偏时，Ｕ０为为负值，它反映了带材跑偏的方向及大小。
正值。输出信号Ｕ０一方面由显示器显示出来，另一方面被送到执行机构，为纠偏控制系统提供纠偏信号。
图６
串口通信接口电路图
７．２串口调试注意事项
１．发送过程：在发送时必须保证ＴＩ＝１：即发送缓冲器为空，否则将导致数据发不出去。
２．接收过程：在接收时多选用中断方式，这样可以节约ＣＰＵ的时间，提高效率。
８．人机界面
人机界面选用的是一个ＯＣＭ４＊８的液晶屏幕和数码管，用于显示皮带运行的各种参数以及故障是显示报警信号和故障类型等。
ＯＣＭ４＊８主要参数：
１．工作电压（ＶＤＤ）：４．５～５．５Ｖ２．逻辑电平：２．７～５．５Ｖ
７Ｖ３．ＬＣＤ驱动电压（Ｖｏ）：０～
４．工作温度（Ｔａ）：０～５５℃（常温）／－２０～７５℃（宽温）保存温度（Ｔｓｔｇ）：－１０～６５℃（常温）／－３０～８５℃（宽温）
９．单片机系统保护与硬件抗干扰设计
本系统使用了Ｘ５０４５芯片。Ｘ５０４５中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过ＲＥＳＥＴ信号向ＣＰＵ作出反应。Ｘ５０４５提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响，当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。鉴于单片机对电源噪声很敏感，这里给单片机电源加上了滤波电路，以减小电源噪声对单片机的干扰。同时对于单片机闲置的Ｉ／Ｏ口采取了接地或接电源的措施，其它ＩＣ的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。
图５带材跑偏检测器测量电路
７．串口通讯
７．１串口调试
本程序中双方约定均以９６００的波特率传送信息，规定以查询方式编写发送和接收程序。以中断方式进行键盘控制，发送方若有键按下，则以中断方式向发送方ＣＰＵ提出申请，发送方ＣＰＵ将按键进行相应的处理，查出该键所对应的ＬＥＤ段码，通过本机的ＬＥＤ输出显示，并且将该段码发送到接收方，接收方接收到以后，通过接收方自己的芯片输出到自己的ＬＥＤ上显示。
过程简述：
１．发送：向总线上发命令
２．接收：从总线接收命令，并分析是地址还是数据。
１０．结束语
该皮带机输送综合保护控制装置设计成本低，功能强大，运行可靠，且在井下的实际生产中取得了良好的使用效果，具有广阔的市场前景和经济效益。科
作者简介：韩志工，山东新方矿业集团机电总工程师。１９７０年生，１９９２年毕业于山东矿院矿山机电专业并参加工作，第二学历为山东工业大学机电一体化专业。
［责任编辑：张艳芳
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（上接第４１８页）必须要有关键性的安全技术作为支撑，如数据密码技术、防止非法存取技术、病毒检测与消除技术、入侵检测技术及管理技术等。这些技术既有计划地逐步改进我国信息基础、安全保障能力，又能较好应付未来的安全威胁和环境。
４．２加大对网络信息安全防范意识的宣传。即使有了非常完备的安全与保密政策法规，有了非常先进的安全与保密技术，以及天衣无缝的物理安全机制，但是如果这些知识得不到普及，那么所有的努力都是白费。
具有杠杆作用的突破性技术，并将这些技术４．３着眼于创新性强、
有效地应用到提高我国的安全管理能力之中，即在国家科技攻关等计
内容监测、风险管理技术、测划实施的基础上，重点对网络侦控技术、
试评估技术等的突破，从而带动一批能转换为国家信息管理的工作手段。
总之，由于计算机网络是一个开放的系统，所以信息共享的同时也存在着极大的风险和漏洞。因此，网络信息安全问题必须放在首位，了解网络的信息安全面临的问题，就可以采用不同的信息安全的对策来防范网络中的威胁和攻击。科
参考文献】【
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［责任编辑：韩铭］
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