導語：膠帶運輸機智能保護系統(tǒng)設計探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對礦井膠帶運輸機保護系統(tǒng)存在的控制方式落后、故障率高的問題，設計基于STM32ARM控制器的膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)。重點研究了智能綜合保護系統(tǒng)的總體設計思路和軟硬件設計方案，以STM32F4071GT6ARM微控制器為核心，高效、快速處理安裝在膠帶運輸機機身的傳感器數(shù)據(jù)并在井下上位機實時監(jiān)控，實現(xiàn)保護系統(tǒng)的智能和聯(lián)動。實際應用情況表明，該綜合智能保護系統(tǒng)運行平穩(wěn)，能夠保障膠帶運輸機安全、連續(xù)、高效運行，社會經(jīng)濟效益明顯。

關(guān)鍵詞：綜合保護；智能保護；STM32；傳感器技術(shù)；膠帶運輸機

膠帶運輸機是礦井煤料運輸?shù)闹匾O備，在煤炭生產(chǎn)實踐中具有舉足輕重的作用。隨著煤礦智能化、信息化建設的不斷推進，膠帶運輸機的運輸功率、運輸長度、運行時間不斷增加，極易發(fā)生運輸膠帶撕裂、打滑、跑偏等故障[1]。受膠帶運輸機工作環(huán)境惡劣且復雜的影響，故障發(fā)生率居高不下，嚴重影響了礦井高效、高質(zhì)量生產(chǎn)。因此，研究膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)，降低設備故障發(fā)生率，提高設備運行效率具有重要意義。張振霞[2]重點研究了運輸機膠帶撕裂保護裝置，設計ZL-A型縱向撕裂保護異形體卡滯裝置，該裝置能夠有效防止膠帶撕裂。東郭朝[3]重點設計了運輸機斷帶保護裝置，包括斷帶抓捕器以及斷帶檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)運輸機膠帶斷帶故障檢測。李愛軍[4]設計了針對運輸機啟動、停機、運行時參數(shù)監(jiān)測以及綜合保護系統(tǒng)，可實時監(jiān)測運輸機各運行狀態(tài)時的電流、電壓、扭矩以及故障信息，預防堆煤、撕裂、跑偏等故障發(fā)生。本文以智能型控制器為核心，設計基于傳感器監(jiān)測與保護技術(shù)的膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)，提高運輸機智能化水平，保障運行安全、高效。

1總體設計

膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)設計目標為，對膠帶運輸機運行過程中可能發(fā)生的過熱、堆煤、跑偏、打滑等故障進行預警和保護，降低設備故障發(fā)生率，提高設備的運行效率和智能化水平。膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)總體設計框圖見圖1所示，由傳感器監(jiān)測與保護單元、傳輸單元、監(jiān)控單元三部分組成。傳感器監(jiān)測與保護單元為在膠帶運輸機機身安裝的溫度、速度、煙霧、拉力、振動、堆煤、跑偏、撕裂傳感器以及本安攝像儀、急停開關(guān)等，傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)CAN總線傳輸至核心控制器，本安攝像儀采集到的圖像、視頻信息經(jīng)光纖直接傳送至井下交換機[5-6]。傳輸單元用于接收、轉(zhuǎn)發(fā)傳感器監(jiān)測與保護單元數(shù)據(jù)，連接井下、井下數(shù)據(jù)傳輸通道，同時在井下膠帶運輸機上位機顯示智能保護系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，最終以TCP/IP通信模式傳送至地面交換機。傳輸單元由多個井下交換機、井下現(xiàn)場上位機、其他接入系統(tǒng)以及核心控制器組成，形成互聯(lián)互通局域網(wǎng)。監(jiān)控單元即地面監(jiān)控中心，由監(jiān)控主機、監(jiān)控服務器、防火墻、數(shù)據(jù)服務器、監(jiān)控顯示屏等設備組成，達到在井上即可實時查看膠帶運輸機運行狀態(tài)、保護系統(tǒng)信息的目的。

2硬件設計

膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)硬件主要包括核心控制器以及用于保護的各種傳感器。核心控制器選用STM32F4071GT6ARM微控制器，該控制器核心CPU為ARMCortexM4，數(shù)據(jù)總線寬度為32bit，支持24路分辨率為12bitADC通道，最大時鐘頻率為168MHz，支持140I/O口，程序存儲器為1MB，數(shù)據(jù)RAM為192KB，支持CAN、I2C、SDIO等多種通信接口[7-8]，滿足膠帶運輸機智能保護系統(tǒng)控制要求。膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)傳感器監(jiān)測與保護單元中的傳感器安裝位置、作用、閾值以及注意事項見表1所示。

3軟件設計

3.1保護系統(tǒng)控制器程序設計

膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)控制器程序基于keil-MDK開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)，使用STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0標準庫，采用C語言與匯編語言混合編程實現(xiàn)。按照總體設計框圖，膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)軟件按照功能可劃分為初始化模塊、通信（CAN、TCP/IP）模塊、AD/DA處理模塊、保護模塊、邏輯控制模塊、故障處理模塊以及顯示處理模塊等。核心控制器通過CAN接口周期性的采集傳感器數(shù)據(jù)監(jiān)測與保護單元數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)傳送至保護模塊。保護模塊處理流程見圖2所示，分別甄別是否存在膠帶跑偏、膠帶打滑、膠帶撕裂、膠帶堆煤、溫度超限以及急停故障，保障膠帶運輸機安全、連續(xù)運行。如果觸發(fā)保護動作，則保護模塊將發(fā)生保護動作的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至故障處理模塊，進行故障提示和報警。如果未觸發(fā)保護動作，則持續(xù)監(jiān)測各保護傳感器實時數(shù)據(jù)。本安攝像儀圖像、視頻數(shù)據(jù)直接通過光纖傳送至井下交換機，不經(jīng)過核心控制器。

3.2保護系統(tǒng)上位機程序設計

膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)上位機程序基于北京亞控的KingFusion3.6智控一體化平臺，實現(xiàn)膠帶運輸機實現(xiàn)產(chǎn)線監(jiān)控和生產(chǎn)管理完美結(jié)合，構(gòu)建內(nèi)部縱向、橫向各系統(tǒng)層級間數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)膠帶運輸機智能控制。KingFusion3.6智控一體化平臺基于B/S輕量化組態(tài)開發(fā)，具有全組態(tài)、自維護、跨平臺的特點。膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)上位機界面設計框圖如圖3所示，由系統(tǒng)菜單、主界面、數(shù)據(jù)顯示界面、故障診斷界面、報警界面組成。核心控制器將膠帶運輸機運行數(shù)據(jù)打包并以TCP/IP通信接口發(fā)送至井下上位機。上位機接收到數(shù)據(jù)后進行解包并將數(shù)據(jù)變量與本地變量關(guān)聯(lián)，在KingFusion3.6平臺利用本地變量進行數(shù)據(jù)顯示控制、動畫控制以及存儲，實現(xiàn)用戶信息維護、系統(tǒng)參數(shù)維護、報警條件設置、歷史數(shù)據(jù)查詢、故障診斷/報警等功能。

4應用分析

為驗證設計并實現(xiàn)的膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)的正確性和適用性，在某礦井進行為期6個月的工業(yè)試驗，試驗時間為2021年4月至2021年10月。從井下上位機監(jiān)控界面可動態(tài)、實時監(jiān)測膠帶運輸機運行過程中的溫度、速度、煙霧、拉力、振動、堆煤、跑偏、撕裂傳感器數(shù)據(jù)。當實時數(shù)據(jù)超出設定閾值后，報警信息會在實時報警列表中顯示，并進行間隔10s的聲光語音提示。膠帶運輸機操作人員、維護人員可通過井下上位機監(jiān)控界面及時掌握設備運行狀態(tài)、故障狀態(tài)，極大縮短了解決故障的時間，提升了設備的運行效率。

5結(jié)語

以礦井膠帶運輸機為研究對象，重點設計了一種基于STM32ARM控制器的膠帶運輸機綜合智能保護系統(tǒng)。通過實時監(jiān)測、動態(tài)分析安裝在膠帶運輸機機身的傳感器數(shù)據(jù)，保證設備安全、穩(wěn)定、高效運行。實際應用情況表明，該綜合智能保護系統(tǒng)運行可靠，能夠提升膠帶運輸機運行效率，降低故障發(fā)生率，縮短解決故障時間。

作者：王斌 單位：陽泉新瑞昌機械有限公司