談談電機智能保護器在皮帶機上的設計與應用

摘 要：本文利用stm32單片機與各類傳感器的組合設計出了一套皮帶輸送機電機智能保護器，并給出了該系統具體的軟硬件設計方案。電機智能保護器對礦用皮帶輸送機的工作情況進行實時監測，可以有效處理選煤廠皮帶運輸過程中出現的跑偏、撕裂、打滑、過載等一系列問題，節約修整成本。
　　關鍵詞：電機智能保護器；皮帶輸送機；監測保護
　　1 引言
　　皮帶輸送機又簡稱為皮帶機，因為其使用的靈活性以及高效率的輸送，為散裝物料的輸送提供了有效手段，在生產生活中得到廣泛的應用。特別在勞動強度很大的選煤生產中，皮帶機更是頻繁使用。選煤廠皮帶機運輸線路長、使用環境惡劣，一旦出現問題，不便于人工監測和檢修。這樣便會延誤生產，造成一定的經濟損失。甚至影響到員工的生命安全。因此，如何將皮帶機故障消滅在萌芽里至關重要，電子打標。
　　皮帶機容易出現的問題主要有跑偏、撕裂、打滑、過載等等。針對這些問題設計的電機智能保護器能夠及時檢測到問題所在，并能通過聲光報警準確有效地反應出來。本系統以stm32單片機為核心，配以LCD液晶顯示屏、ISD4000語音芯片以及其他各類傳感器，來完成皮帶機的綜合保護。提高了生產安全，降低了維修成本。
　　2 系統性能分析
　　皮帶機出現的故障有多種，檢測裝置需要對不同的故障做出不同的處理。在選煤廠皮帶機電機智能保護器的設計中，主要有正常運行、強制運行和停車控制三種工作方式供用戶選擇。
　　正常運行是皮帶保護裝置的正常工作狀態，系統上電之后立即進入開機檢測狀態，監測保護裝置啟動，各傳感器開始自檢并向控制中心匯報數據，一切正常則啟動電機進入正常運行模式。強制運行是指系統上電之后皮帶機立即進入運行模式，各類傳感器不工作，監測保護裝置關閉。停車控制有兩種狀態，一種是開機檢測時的傳感器異常，另一種是正常運行下皮帶機發生的某些不可逆故障。兩種情況均會發出聲光報警，并會在LCD顯示屏顯示故障類型。
　　皮帶機常見的故障有撕裂、打滑、過載、跑偏、超溫、煙霧等等[2]。皮帶機的撕裂、打滑、過載等多種異常運行狀態都可以通過檢測皮帶速度、電機轉矩來檢測。因此，皮帶速度、電機轉矩成為皮帶運輸系統狀態檢測的重要信號特征量。皮帶運輸機皮帶跑偏信號的檢測通常是跑偏開關來檢測，當檢測到皮帶跑偏時，跑偏開關便會動作，并產生一個開關量信號，將其反饋到中央控制單元。煙霧與超溫的控制主要是通過傳感器對煙霧和溫度與預先設定值進行比較，當所測數據大于預定值時進行聲光報警并開啟灑水裝置。
　　3 系統硬件設計
　　電機智能保護器集數據?集、數據處理、人機交流、網絡通信，保護控制于一體。主要由stm32主控模塊、傳感器模塊、輸出控制模塊、通信擴展模塊構成。
　　系統的控制單元采用的是STM32系列芯片，它是由世界最大的半導體公司之一意法半導體公司推出的一款高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用芯片。這里用到的是芯片型號是STM32F103RBT7，該芯片核心是ARM32位Cortex-M3處理器，時鐘頻率達72MHz，內置128K的Flash，64位并行I/O接口，工作溫度范圍在-40℃～+105℃，適合選煤廠復雜的工作環境[3]。
　　除了選擇一個合適的主控芯片，整個電機智能保護器能否有效工作還取決于傳感器的選型是否合理。必須要選用故障率低、靈敏度高、使用壽命長且具有三防功能的產品。皮帶速度檢測主要采用GSC6-SC型速度傳感器，該傳感器將皮帶機的實際速度檢測出來，并將其轉換成電信號傳送至電機智能保護器，然后根據不同的速度值判斷皮帶機的工作狀態。電機轉矩檢測采用的是CQG電機轉矩傳感器，該傳感器應用磁電轉換原理，用相位差原理和數字顯示的轉矩轉速測量方法，能穩定、可靠、快速地進行高精度測量。皮帶機的跑偏故障檢測采用的是KPT跑偏開關，當檢測到皮帶跑偏時，開啟跑偏開關，產生一個開關電信號，將其傳送至中央控制單元，執行相應措施。溫度檢測選用的是DS18B20型單線數字式溫度傳感器，測溫范圍 -55℃～+125℃，在與中央控制單元連接時僅需要一條總線即可實現雙向通訊，將所測溫度與預設值進行比較，當所測溫度超過預設值時，控制中心便啟動灑水裝置。煙霧檢測采用的是GQQ0.1型礦用煙霧傳感器，該傳感器通過檢測煙霧的濃度，將其轉換成電信號輸入皮帶保護裝置從而發出報警聲，停止皮帶機并啟動灑水裝置，起到煙霧保護作用。
　　4 系統軟件設計
　　本系統軟件采用的是Keil MDK開發平臺，利用C語言。電機智能保護器所要進行的工作主要有數據采集、數據處理、保護措施的啟動。總體軟件流程設計如圖2所示。系統上電之后，各模塊初始化設置，開始檢測各傳感器是否設置正常，如果正常則進入運行模式，啟動皮帶機。在皮帶機運行階段，各傳感器開始工作，檢測皮帶機是否出現故障，判斷并顯示故障類型，執行相應的子程序。數據采集主要采集的是傳感器I/O口開關量，采集信號都是通過I/O口輸入。保護措施主要有報警、灑水、停車，每個動作均有相應的I/O口控制輸出。
　　5 結束語
　　本文所設計的選煤廠皮帶機電機智能保護器操作簡單，使用方便，監測精準，能廣泛應用于電廠、煤礦、工業生產等行業。目前該系統正處于測試階段，測試完成后即可投入到選煤生產線。此電機智能保護器能減少人員成本，節約維修資金，具有很好的應用推廣前景。