皮帶輸送機(jī)故障顯示智能控制器的設(shè)計(jì)

摘要：皮帶運(yùn)輸機(jī)在運(yùn)行過程中，由于負(fù)載、皮帶自身所受張力的不同，經(jīng)常會(huì)發(fā)生打滑、跑偏、過載、撕裂等故障。本文旨在研究這些故障產(chǎn)生的原因，并通過智能控制器顯示發(fā)生的故障，做到故障定位準(zhǔn)確。本系統(tǒng)通過一些傳感器對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)，將信號(hào)傳入單片機(jī)，不同故障編碼顯示，通過數(shù)碼管顯示可以快速知道故障位置。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過外部信號(hào)和軟件設(shè)計(jì)，大大提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：皮帶運(yùn)輸機(jī);故障檢測(cè);故障顯示;單片機(jī)

皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種摩擦驅(qū)動(dòng)以連續(xù)方式運(yùn)輸物料的機(jī)械，可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。皮帶運(yùn)輸機(jī)如今被廣

泛的用在碼頭、煤礦和工業(yè)配料等方面，皮帶運(yùn)輸機(jī)的安全高效運(yùn)行直接影響著生產(chǎn)的效率。對(duì)于多條皮帶運(yùn)輸機(jī)組成的長(zhǎng)距離運(yùn)輸系統(tǒng)，其中一條發(fā)生故障如不能及時(shí)預(yù)報(bào)排除，將會(huì)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線造成影響。

1 皮帶運(yùn)輸機(jī)故障分析

由于海綿墊在生產(chǎn)中需要進(jìn)行烘干的處理，而剛生產(chǎn)出來的海綿墊由于自身水分過大，不能承受過大的張力，否則會(huì)拉斷，所以在工業(yè)生產(chǎn)中選擇皮帶作為傳動(dòng)過程的載體。皮帶在運(yùn)行過程中容易發(fā)生打滑、過負(fù)荷和斷帶等故障，這些故障都可以通過對(duì)皮帶速度的檢測(cè)進(jìn)行判斷。

皮帶打滑主要是由于皮帶與傳動(dòng)輥之間摩擦減少，一方面可能是皮帶沒有張緊，另一方面可能皮帶老化造成抓地效果差，直接的表現(xiàn)就是皮帶速度低于設(shè)定的速度。

過負(fù)荷故障產(chǎn)生的原因主要是皮帶張的太緊或者運(yùn)輸?shù)奈锲烦^了額定承載量。該故障可能導(dǎo)致皮帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)器報(bào)警而停止運(yùn)轉(zhuǎn)，直接的表現(xiàn)就是速度小于設(shè)定值。其監(jiān)控的方式可以通過監(jiān)控驅(qū)動(dòng)器的電流判斷。

斷帶產(chǎn)生的原因可能是皮帶老化，或者聯(lián)軸器機(jī)械故障斷開。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，皮帶速度會(huì)急劇下降，瞬間可停止運(yùn)行。

2 皮帶故障如何檢測(cè)

2.1 皮帶打滑

皮帶打滑時(shí)直接影響就是主傳動(dòng)速度與設(shè)定速度不一致，假設(shè)主轉(zhuǎn)動(dòng)速度為Vp，設(shè)定速度為Vs，打滑時(shí)速度偏差在一定范圍內(nèi)我們忽略影響，假設(shè)極限為10%就需要進(jìn)行檢

修，那么故障判斷為

，在此過程中，在皮帶上設(shè)置一根被動(dòng)輥，用接近開關(guān)探測(cè)被動(dòng)輥單位時(shí)間里旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，乘上被動(dòng)輥的周長(zhǎng)就可以算出皮帶的運(yùn)行速度了。接近開關(guān)的安裝如圖1所示。

假設(shè)T秒內(nèi)測(cè)得的接近開關(guān)脈沖數(shù)為n，被動(dòng)輥的周長(zhǎng)為C，那么

，Vs可以根據(jù)設(shè)定給驅(qū)動(dòng)器的電壓得到，假設(shè)電壓為E，電壓與速度系數(shù)為K，那么Vs=K*E，這樣就可以通過這些參數(shù)判斷皮帶是否打滑了。

2.2 皮帶跑偏

跑偏的檢測(cè)采用對(duì)射光電管，安裝方式如圖2所示。

通過檢測(cè)對(duì)射光電管的開斷可以判斷皮帶是否跑偏，并觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警，防止出現(xiàn)嚴(yán)重機(jī)器故障。內(nèi)側(cè)為一級(jí)跑偏檢測(cè)，外側(cè)為二級(jí)跑偏檢測(cè)。

2.3 過負(fù)荷檢測(cè)

在工業(yè)生產(chǎn)中，為了更好的滿足生產(chǎn)需求，一般采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，變頻器的電流也會(huì)增加。我們通過設(shè)置變頻器的電流來保護(hù)電機(jī)，使其工作在安全狀態(tài)下。當(dāng)電機(jī)電流超出設(shè)定的電流門限時(shí)，輸出報(bào)警，并驅(qū)動(dòng)外部聲光報(bào)警器。

2.4 皮帶斷裂和聯(lián)軸器脫輥檢測(cè)

當(dāng)皮帶或者聯(lián)軸器脫輥時(shí)，第一影響的就是皮帶的速度，檢測(cè)皮帶的速度迅速下降，幾秒內(nèi)可能就變?yōu)?。在這些故障的檢測(cè)中，最多關(guān)注的就是皮帶速度的檢測(cè)，通過一些故障對(duì)速度的影響，運(yùn)用反推的方法，基本可以實(shí)現(xiàn)故障的全監(jiān)控。

3 智能控制器硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以單片機(jī)STC90C516為核心，外圍主要由接近開關(guān)、對(duì)射光電管、變頻器、LED顯示器、D/A轉(zhuǎn)換模塊PCF8951T和一些輔助電路組成。下圖3給出了硬件的原理圖。

通過將外部的電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)輸入P1.2口，停止信號(hào)接P1.3口，P2.2口接啟動(dòng)繼電器，實(shí)現(xiàn)當(dāng)檢測(cè)到P1.2按鍵被按下時(shí)，繼電器吸合，電機(jī)啟動(dòng);當(dāng)檢測(cè)到P1.3口按鍵被按下時(shí)，繼電器斷開，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)采用2個(gè)8段碼LED顯示，一個(gè)顯示故障皮帶的皮帶號(hào)碼，另一個(gè)顯示故障代碼。

預(yù)設(shè)故障代碼為：0—正常;1—打滑;2—斷裂或聯(lián)軸器未連接;3—皮帶跑偏。如果有故障發(fā)生，P2.6將驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)P2.7將使指示燈閃爍達(dá)到聲光報(bào)警的效果。系統(tǒng)采用PCF8951T的A/D轉(zhuǎn)換芯片，直接通過SCL、SDC的I2C總線，將AOUT的輸出模擬量作為傳動(dòng)輥的速度信號(hào)，并通過P1.5和P1.6實(shí)現(xiàn)加減速。

將被動(dòng)輥的速度探頭檢測(cè)信號(hào)接入P1.4，通過對(duì)單位時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖數(shù)，得到皮帶運(yùn)行的速度，與給定的速度信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，可以分析皮帶是否正常運(yùn)行。一根皮帶采用4對(duì)對(duì)射光電管，分兩組對(duì)皮帶是否跑偏進(jìn)行檢測(cè)，一級(jí)跑偏時(shí)進(jìn)行預(yù)警，二級(jí)跑偏時(shí)將停止皮帶的輸送，以防止不必要的財(cái)產(chǎn)損失。

4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行編程，由主程序和各個(gè)子程序組成。智能控制器的程序流程圖如圖4所示。

程序初始化后，依次檢查皮帶是否打滑、跑偏、電機(jī)是否過載報(bào)警等故障，并根據(jù)故障的等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的處理。LED顯示故障代碼采用調(diào)用子程序的方式。編程軟件采用Keil進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)相應(yīng)的程序進(jìn)行模塊化處理。

5 結(jié)束語

主要針對(duì)現(xiàn)今國內(nèi)主流的海綿生產(chǎn)線容易發(fā)生的故障進(jìn)行分析研究，設(shè)計(jì)了集報(bào)警、顯示、操作于一體的自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要以單片機(jī)為核心，充分利用了單片機(jī)集成度高、功能強(qiáng)、體積小、功耗低和可靠性高等特點(diǎn)。在試驗(yàn)中，誤差較小，基本可以滿足使用的要求。