具有对位显示功能的智能皮带保护器设计
摘 要： 皮带输送机在工作中常出现跑偏、打滑、撕裂和急停等故障，且故障点比较分散，使得故障点的查找变地非常困难，给设备的维护以及安全生产带来极大的不便。针对这种情况，设计开发出了一套基于单片机AT89C52的皮带智能保护器，保护器具有皮带运行状态的实时监控、通信和故障点的对位显示功能，可对最多999个故障点进行监控，并可实现与上位机的实时通信。
关键字： AT89C52； 皮带输送机； 故障监控； 软件设计
中图分类号： TP391.8 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）08?0066?02
0 引 言
皮带输送机是矿山、冶金、化工和火力发电等工业领域中广泛使用的一种运输设备。带式输送机在工作过程中发生的跑偏、撕裂、急停及打滑等故障，会直接影响企业的正常生产，并给企业造成一定的经济损失[1]。对于长距离、多皮带的大型输送系统，一旦有上述故障发生，其故障点的查找将变的非常困难，不利于系统及时有效的维护。实时地监测皮带故障并对其进行有效的维护，对保证正常生产是十分重要的。本文研究了一种皮带智能保护装置，能够对大型皮带输送系统的工作状态进行实时监测，并能显示故障类型及故障点的位置[2]，便于故障的迅速查找及排除，有利于提高企业的生产效率。
1 保护器总体结构
智能皮带保护器主要由控制器与采集器2部分组成。每个控制器对应一条皮带，主要实现皮带故障点对位显示，并根据故障点的种类发出报警或停机信号；采集器安装在皮带两侧的保护开关内，主要实现对皮带故障信号的实时检测，每个采集器都设有拨码开关，以实现对故障点位置的设定。采集器与采集器、采集器与控制器以及控制器与控制器之间通过RS 485通信传输信号。控制器也可以与上位机相连，实现对皮带输送系统的监控。当单条皮带长度超过1 200 m时[3]，可在采集器之间增设中继器，对传输信号进行放大，保证通信的可靠性[4]。智能保护器的整体结构图如图1所示。
2 保护器硬件设计
2.1 控制器
复擦写，灵活性高，使用LM2575T?5电源模块将24 V转化为5 V对单片机供电，散热能力强，稳定性高，宜于工厂长时间使用。外围由RS 485通信模块电路、故障种类LED指示灯、故障地址显示电路、复位电路及晶振组成[5]。如图2所示。
RS 485通信模块由分时器SN74HC125N、通信芯片MAX485CSA组成。SN74HC125N芯片实现分时通信，其选择控制端分别与AT89C52单片机的P1.0和P1.1相连。MAX485CSA芯片的触发端口与P1.6和P1.7连接，当其输出低电平时，控制AT89C52单片机通过MAX485CSA芯片读入采集器传来的信号。数值显示电路由三位一体数码管、地址锁存器SN74HC573N组成。锁存器SN74HC573N是用来选择各位数码管要显示的数据，与AT89C52的P0.0～P0.7端口相连。数码管采用共阳极连接方式，实现对故障点的对位显示。
故障指示灯与AT89C52的P2.3～P2.7相连，依次表示一级跑偏、二级跑偏、急停、打滑及撕裂5种故障。
2.2 采集器
采集器同样采用AT89C52单片为核心，外围电路由6位拨码开关及RS 485通信电路组成。主要进行本机地址设定与信号采集并传输。如图3所示。
6位二进制拨码开关最多可对64个故障点进行地址设定[6]，通常在采集器内设定好地址后，需在外部进行标示，每个采集器只能有一固定的编码地址。AT89C52的P1.0～P1.4口分别对应着一级跑偏、二级跑偏、急停、打滑及撕裂5种故障类型，每种故障类型对应固定的输入端口（如急停对应P1.2端口），不能随便接入。CPU周期性扫描五端口状态，当检测到故障信号时，便将故障类型与采集器本身的编码地址等整合为数据包，向控制器发出请求信号。主控器与各个采集器之间采用MAX485CSA进行数据的通信，RS 485采用平衡发送和差分接收方式来实现通信[7]：在发送端TXD将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A，B两路输出，经传输后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。两条传输线通常使用双绞线，又是差分传输，因此有极强的抗共模干扰的能力，接收灵敏度也相当高。同时，最大传输速率和最大传输距离也大大提高。另外RS 485实现了多点互连，系统中允许有64台从机，它们的地址[8]分别为00H～3FH。不仅可以实现半双工通信，而且可以实现全双工通信。
3 保护器软件设计
系统软件完成的主要功能：系统初始化，数据运算，开关量信号采集，故障判断并报警及其位置的显示，串口通信等。由于C语言开发速度快，可读性、可移植性好，因此软件采用C语言编程，主要分为主机与从机2部分，程序流程图如图4所示[9]。
主机与从机之间采用RS 485通信协议，采用主从方式进行通信，即主机发送命令，从机根据命令回答[10]。主机可以读取从机的数据或写数据到从机，并将数据送终端进行显示；从机主要负责对分布的采集器进行监测或控制，用中断的方式接收主机发来的命令并做出回应。
4 结 语
本文针对传统皮带故障保护的不足，提出了一种以单片机控制为核心，利用其功能强、可靠性高、集成度高和功耗低等特点，设计出集检测、显示、报警和控制于一体的皮带智能控制保护器，能够远程监测现场设备的运行情况，对提高企业的生产效率，尽快查找到故障点具有积极的现实意义，有很好的应用推广前景。
参考文献
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