自上世紀80年代以來，隨著電子技術、計算機技術、通信技術的快速發展，對膠帶機綜合保護裝置的研制也一直不斷地進行著，從純模擬電子系統到數字系統、再到目前的計算機系統，從單臺的控制系統到多臺的集控系統，有價格相對較貴的PLC構成的系統和低廉的單片機應用系統。盡管市場上有著各式各樣方案構成的集控系統，但發展的方向是一致的，那就是朝自動化、智能化、信息化的方向發展。受某企業的委托，筆者研制了一套結構簡單、價格合理、自動化程度較高的皮帶輸送機集中控制系統。
國內煤礦井下煤炭運輸一般采用帶式輸送機，通過傳統的分立元件和繼電器控制，設置專人專崗進行操作，不僅生產效率、人員利用率低，而且運輸可靠性差，并且出現運行故障或安全隱患時不易察覺。嚴重制約了帶式輸送機安全經濟、可靠運轉。隨著科學技術的進步，帶式輸送機逐步采用單片機或可編程控制器、工控機以及以RS-485或232通訊模式的自動控制系統，多數上位機采用組態軟件或C語言編程。由于煤礦井下環境差、現場條件復雜，多數系統存在井下控制中心以及通訊可靠性差、傳輸距離短、控制方式單一、上位機控制畫面單調等特點．同時存在控制網絡小，可靠性不高等現象。國外大型膠帶輸送機的控制都已采用可編程序控制器PLC開發了先進的程序軟件與綜合電源繼電器控制技術以及數據采集、處理、存儲、傳輸，故障診斷與查尋等完整的自動監控系統。該類系統除了自動監控輸送機的可控起（制）動、帶速同步與功率平衡外，還對各種保護與安全裝置、輸送帶張力、傳動滾筒與托輥軸承溫度、輸送帶接頭強度、輸送量計量等實行監測。
2、系統主要實現功能
(1)全自動控制
系統開機時，首先發預警信號并維持3s后通知系統中的各條膠帶。為保證整條膠帶系統不發生堆煤故障，由靠近煤倉的膠帶先啟動，然后再通過信號聯絡（通信），依次向前通知上條膠帶啟動。停機時從最后一臺依次自動停機，每臺延時l條膠帶的運行時間。
(2)手動控制
留有原有的手動控制，使在檢修時可任意開停1臺或多臺檢修膠帶（其它膠帶停機）。
(3)溫度保護
滾筒表面溫度超過設定的溫度值時，應立即停車。報警值可在0～99℃任意調整。
(4)速度保護
膠帶的速度超過設定值，應立即停車；膠帶的速度低于設定值時（啟動時除外），也應立即停車。速度的上下限值均可任意調整，滾筒的直徑參數可根據現場情況輸入，滾筒上所貼磁鋼的個數也可設定。
(5)堆煤保護
某臺機頭下發生堆煤，應使本臺及后面各臺膠帶機立即停車。
(6)煙霧保護
發生煙霧時斷電停車，并啟動自動灑水裝置。
(7) CO濃度保護
當CO濃度超限時停車，并啟動自動灑水裝置。
(8)跑偏保護
對機頭及機尾左、右4個點的跑偏進行檢測。跑偏分兩級：當跑偏較小時，只進行報警但不停車；當跑偏達到設定的二級位置時，應立即停車。
(9)急停閉鎖
可利用急停開關實現緊急停機并閉鎖，停車后，由人工解除閉鎖才能再次啟動。
(10)顯示
膠帶的速度、滾筒的溫度值采用數字顯示，膠帶的各種保護狀態用指示燈顯示，故障時能顯示故障類型。
3、技術實現原理及方案
3.1系統構成
由于井下巷道的地質條件比較復雜，加上電動機功率的限制，井下運輸系統一般由多條膠帶構成。根據現場的實際情況，參與集中控制的各條膠帶必須具有分臺控制的功能，可自動監測運行情況。因此，在各條膠帶機的機頭還必須設置獨立的智能綜保儀控制設備。
目前，構成膠帶機集中控制系統的方案大都采用主從式結構。本系統設計中，省去了主機的概念，采用各智能綜保儀相互串連的方式實現了自動化程度較高的集中控制，系統結構如圖1所示。該智能綜保儀的設計采用單片機系統方案。
智能綜保儀的電氣原理如下圖2所示。
膠帶機機頭要求被保護的對象有煙霧濃度、CO濃度、撕帶、堆煤、跑偏、滾筒溫度、膠帶速度等，傳感器產品選用已在膠帶機分臺控制中成熟應用的定型產品。這些保護對象的傳感器的輸出，從圖2所示的堆煤信號到復位信號全是開關信號，只有速度信號和溫度信號是脈沖信號。速度信號是通過貼在滾筒側面的磁鋼與霍爾元件得到的脈沖信號；溫度信號是采用了自己研制的紅外熱電堆溫度傳感器測得，其輸出是與溫度有一定關系的頻率信號。
本系統能實現各膠帶機膠帶的高低速度、滾筒溫度、機頭煙霧、c0濃度、堆煤以及跑偏等各種保護功能，還兼有與前后膠帶機智能綜保儀通信的功能，使整個系統具有逆煤流啟動、順煤流延時停車功能。
其具有的以下特點：
(1)結構簡單，自動化程度高（逆煤流啟，順煤流停）；
(2)智能綜保儀可監可控，組網靈活：
(3)安裝簡單、調試方便，維護檢修容易。
該系統符合國家對煤礦安全生產的要求，經濟效益良好，具有一定的推廣價值。
3.2硬件設計
考慮每條膠帶的各類傳感器分布具有一定的分散性，而煤礦現場的電磁環境比較惡劣，因此，在各傳感器信號送至CPU處理前，對傳感器的輸出信號全部采取了光電隔離措施。考慮上面圖2中所示的堆煤信號到復位信號的實時性要求不是很高，采用CPU巡檢的手段能夠滿足現場的需要。為節省CPU的I/O資源， 采用了十六選一的多路開關CD4067。需要說明：跑偏信號的完整輸出實際上比較復雜，包含了左右、頭尾、一二級跑偏共8個信號；溫度傳感器、速度傳感器在測量時需測量整個脈沖（或多個脈沖）的寬度，為保證速度數據和溫度數據的準確性，這兩個信號直接接至CPU的兩個中斷信號輸入端。
選擇CPU時主要考慮智能綜保儀既要滿足與上一條膠帶的綜保儀進行信息交換的需要，又要滿足與下一條膠帶的綜保儀進行信息交換的需要，因此選擇具有雙串口的77E58。該芯片的主核為80C52，內置可編程WA TCH2DOG，具有12個中斷源、32KB的內ROM、1KB的內RAM、雙數據指針等。
存儲器用來存放智能綜保儀的各種參數，包括溫度報警值、速度上下限、滾筒的直徑、滾筒側面的磁鋼數量等，這些參數的特點要求存儲器具有非易失性，考慮體積、價格等因素，設計中選用了具有I2C總線結構的串行EEPROM AT24C01。
鍵盤主要用于在現場調試時設置各種參數，內置在綜保儀的腔體內。操作鍵盤必須有密碼支持，否則為無效操作。
顯示電路包含LED數碼管顯示和狀態指示。正常情況下數碼管顯示膠帶的速度（1位整數和l位小數）和滾筒的溫度（2位整數），在調試時顯示當前設置參數的數字量。狀態指示采用雙色平面LED管，當發生保護故障時，對應的LED燈指示紅色，而正常時指示綠色。顯示器的驅動電路采用價格便宜的移位寄存器74HC164實現。
控制輸出電路的輸出包括在膠帶故障時發出的停車信號、在CO濃度、煙霧濃度超限時啟動的灑水信號、在滿足本條膠帶啟車條件時給主回路發出的允許啟車信號等。控制輸出電路采用三極管驅動繼電器實現。
考慮各通信電路，膠帶間有一定的距離，采用RS485總線。如將多部膠帶機的智能綜保儀都掛接在同一條總線上， 由于網絡的長度超過標準的1200 m，不符合該總線標準，因此，每個智能綜保儀的通信電路均設計為2個RS485總線的結構，向上連接上一部膠帶，向下連接下一部膠帶。每條通信電路實際上構成的是點對點的結構，這正是筆者選擇77E58的原因所在。
智能綜保儀工作在全自動狀態還是手動狀態，由殼體前面板上的開關位置決定，圖2中未標出。關于電源，考慮現場的需要，采用了隔離變壓器，且多組電源二次間亦相互隔離。在智能綜保儀的腔體內還有真空磁力開關，它由前述控制輸出電路中的停車繼電器控制，用來控制膠帶機主回路的通斷。
3.3軟件設計
智能綜保儀的軟件主程序流程圖如圖3所示。上電后，首先從串行存儲器A T24COl中讀出系統參數，包括溫度、速度報警值以及滾筒直徑、磁鋼數目等，然后從系統板上的工作／調試開關位置判斷膠帶的工作狀態，并根據狀態轉入不同的處理程序。由于設計的綜保儀既可獨立使用，又可聯機使用，因此，在程序中設置了聯機還是單獨使用的判斷，用于確定是否上下通信傳遞各膠帶機的運行信息，從而達到逆煤流啟、順煤流停的效果。圖3所示的流程已作簡化，如停車時和開車時的檢測保護信號類型是有差別的，停車時的速度保護是不存在的，啟車時的速度盡管低于低速報警值，但也不會產生報警信號。
從圖3的流程還可以看出，通信程序在集中控制系統中是比較重要的一環，只有通過接收上下膠帶的通信命令，本條膠帶才能作出是否立即停機、延時停機、還是重新開機等的判斷；系統軟件還有測速子程序、測溫子程序、鍵盤／顯示子程序、報警控制子程序、讀寫存儲器子程序等。
充分利用原有PLC系統現場接線進行布線、接線。開、停車預告增加一套PLC輸出連接的報警系統，以增加開停極機的安全性、可靠性。該集中控制系統可實現設備按逆煤流方向成組或逐臺順序起車，順煤流方向成組或逐臺順序停車。在起車和正常運行中，各設備之間設有電氣聯鎖。在非常情況下，控制室能實現緊急停車，在任何控制方式下，現場都能就地停車。在集中控制方式時，參加集控的各種設備必須預先打到集控位置，起車前，由控制室向現場發出起車預告信號，經延時，系統中各設備按閉鎖關系和時序的要求自動起車，在向現場發送預告信號和系統起車過程中現場和控制室均能撤消預告信號，終止起車過程，并發出報警信號。當設備故障時，一般事故只能報警，但對影響設備運行和人身安全的事故同時具有停車功能。
4、結論
計算機集控系統能極大地提高煤礦企業的生產效率和經濟效益。能解決日前廠礦企業集控、調度管理系統相互脫節，無法充分發揮效力的缺點，先進的檢測，監控技術．不僅能縮短查找故障的時間，而且能起到對故障進行預測，解除的功能。
相關輸送機產品：
1、皮帶輸送機
2、刮板輸送機
3、斗式提升機
