皮帶輸送機故障顯示智能控制器的設計

摘要：皮帶運輸機在運行過(guò)程中，由于負載、皮帶自身所受張力的不同，經(jīng)常會(huì )發(fā)生打滑、跑偏、過(guò)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(guò)智能控制器顯示發(fā)生的故障，做到故障定位準確。本系統通過(guò)一些傳感器對故障進(jìn)行檢測，將信號傳入單片機，不同故障編碼顯示，通過(guò)數碼管顯示可以快速知道故障位置。系統以單片機為核心，通過(guò)外部信號和軟件設計，大大提高系統穩定性。

關(guān)鍵詞：皮帶運輸機;故障檢測;故障顯示;單片機

皮帶運輸機是一種摩擦驅動(dòng)以連續方式運輸物料的機械，可以將物料在一定的輸送線(xiàn)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。皮帶運輸機如今被廣

泛的用在碼頭、煤礦和工業(yè)配料等方面，皮帶運輸機的安全高效運行直接影響著(zhù)生產(chǎn)的效率。對于多條皮帶運輸機組成的長(cháng)距離運輸系統，其中一條發(fā)生故障如不能及時(shí)預報排除，將會(huì )對整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)造成影響。

1 皮帶運輸機故障分析

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(lái)的海綿墊由于自身水分過(guò)大，不能承受過(guò)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(guò)程的載體。皮帶在運行過(guò)程中容易發(fā)生打滑、過(guò)負荷和斷帶等故障，這些故障都可以通過(guò)對皮帶速度的檢測進(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(méi)有張緊，另一方面可能皮帶老化造成抓地效果差，直接的表現就是皮帶速度低于設定的速度。

過(guò)負荷故障產(chǎn)生的原因主要是皮帶張的太緊或者運輸的物品超過(guò)了額定承載量。該故障可能導致皮帶傳動(dòng)驅動(dòng)器報警而停止運轉，直接的表現就是速度小于設定值。其監控的方式可以通過(guò)監控驅動(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)軸器機械故障斷開(kāi)。當故障發(fā)生時(shí)，皮帶速度會(huì )急劇下降，瞬間可停止運行。

2 皮帶故障如何檢測

2.1 皮帶打滑

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

修，那么故障判斷為

，在此過(guò)程中，在皮帶上設置一根被動(dòng)輥，用接近開(kāi)關(guān)探測被動(dòng)輥單位時(shí)間里旋轉的圈數，乘上被動(dòng)輥的周長(cháng)就可以算出皮帶的運行速度了。接近開(kāi)關(guān)的安裝如圖1所示。

假設T秒內測得的接近開(kāi)關(guān)脈沖數為n，被動(dòng)輥的周長(cháng)為C，那么

，Vs可以根據設定給驅動(dòng)器的電壓得到，假設電壓為E，電壓與速度系數為K，那么Vs=K*E，這樣就可以通過(guò)這些參數判斷皮帶是否打滑了。

2.2 皮帶跑偏

跑偏的檢測采用對射光電管，安裝方式如圖2所示。

通過(guò)檢測對射光電管的開(kāi)斷可以判斷皮帶是否跑偏，并觸發(fā)報警系統進(jìn)行聲光報警，防止出現嚴重機器故障。內側為一級跑偏檢測，外側為二級跑偏檢測。

2.3 過(guò)負荷檢測

在工業(yè)生產(chǎn)中，為了更好的滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，一般采用變頻器驅動(dòng)電機進(jìn)行調速，當負載增加時(shí)，變頻器的電流也會(huì )增加。我們通過(guò)設置變頻器的電流來(lái)保護電機，使其工作在安全狀態(tài)下。當電機電流超出設定的電流門(mén)限時(shí)，輸出報警，并驅動(dòng)外部聲光報警器。

2.4 皮帶斷裂和聯(lián)軸器脫輥檢測

當皮帶或者聯(lián)軸器脫輥時(shí)，第一影響的就是皮帶的速度，檢測皮帶的速度迅速下降，幾秒內可能就變?yōu)?。在這些故障的檢測中，最多關(guān)注的就是皮帶速度的檢測，通過(guò)一些故障對速度的影響，運用反推的方法，基本可以實(shí)現故障的全監控。

3 智能控制器硬件電路設計

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

通過(guò)將外部的電機啟動(dòng)信號輸入P1.2口，停止信號接P1.3口，P2.2口接啟動(dòng)繼電器，實(shí)現當檢測到P1.2按鍵被按下時(shí)，繼電器吸合，電機啟動(dòng);當檢測到P1.3口按鍵被按下時(shí)，繼電器斷開(kāi)，電機停止運轉。系統采用2個(gè)8段碼LED顯示，一個(gè)顯示故障皮帶的皮帶號碼，另一個(gè)顯示故障代碼。

預設故障代碼為：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將驅動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報警，同時(shí)P2.7將使指示燈閃爍達到聲光報警的效果。系統采用PCF8951T的A/D轉換芯片，直接通過(guò)SCL、SDC的I2C總線(xiàn)，將AOUT的輸出模擬量作為傳動(dòng)輥的速度信號，并通過(guò)P1.5和P1.6實(shí)現加減速。

將被動(dòng)輥的速度探頭檢測信號接入P1.4，通過(guò)對單位時(shí)間內測得的脈沖數，得到皮帶運行的速度，與給定的速度信號進(jìn)行對比，可以分析皮帶是否正常運行。一根皮帶采用4對對射光電管，分兩組對皮帶是否跑偏進(jìn)行檢測，一級跑偏時(shí)進(jìn)行預警，二級跑偏時(shí)將停止皮帶的輸送，以防止不必要的財產(chǎn)損失。

4 軟件設計

本系統采用C語(yǔ)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、電機是否過(guò)載報警等故障，并根據故障的等級進(jìn)行相應的處理。LED顯示故障代碼采用調用子程序的方式。編程軟件采用Keil進(jìn)行設計，并對相應的程序進(jìn)行模塊化處理。

5 結束語(yǔ)

主要針對現今國內主流的海綿生產(chǎn)線(xiàn)容易發(fā)生的故障進(jìn)行分析研究，設計了集報警、顯示、操作于一體的自動(dòng)化系統。該系統主要以單片機為核心，充分利用了單片機集成度高、功能強、體積小、功耗低和可靠性高等特點(diǎn)。在試驗中，誤差較小，基本可以滿(mǎn)足使用的要求。