专利名称：网络化皮带机综合保护监控装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种皮带输送机的保护监控装置，尤其是网络化皮带机综合保护监控装置。
背景技术：
皮带机是煤矿生产中的主要运输工具，其自动化程度及安全运行在煤矿生产中占有极其重要的地位。目前市场上也出现了不少皮带机保护装置，但性能参差不齐，各个厂家自成系统，缺少标准的通信接口，设备兼容性和扩展性差；井下带式输送机的控制以就地控制为主，各种保护信号也只能就地显示，不能实现皮带机集中控制或远程控制；有些故障不能及时发现，容易造成故障扩大化，为安全生产留下隐患。此外，皮带运输沿线噪音大，环境恶劣，发生异常时如果没有适当的方式提醒现场维护人员，难以及时发现问题。若将安全保护、语音报警提示、沿线通话、控制、远程通信联网功能集成在一个装置中，既可以满足设备安全保护需要，又可以避免因人为失误造成事故，且可以通过地面远程监控，由此提高设备管理水平。
发明内容本实用新型的目的就是要提供一种可以实现就地和远程控制的网络化皮带机综合保护监控装置，实现对井下皮带的全面监视和保护，确保皮带机群的稳定工作。网络化皮带机综合保护监控装置由皮带机保护控制装置主机、监测传感器、以太网接入设备和上位计算机组成，其特征在于，以微型处理器为核心，设计两层监控网路，实现监测传感器与皮带机保护控制装置主机、主机与主机之间的现场通信，通过上位计算机监控软件实现多台设备的地面远程监控。所述的两层监控网络包括现场总线CAN和工业以太网的分层结构，其底层采用现场总线CAN通信，每台皮带机保护控制装置主机均带有CAN 通信接口，上层传输通过工业以太网实现，具体是由以太网联网服务器来完成；所述的上位机计算机安装有上位机监控软件，可以通过界面程序实现地面远程控制皮带机运行，并通过图画、数据、对话框、语音方式实现设备管理。皮带机保护控制装置主机包括传感器信号处理电路(1)、微控制器电路(2)、数字语音合成电路(4)及语音输出电路(7)、通信电路、继电器控制电路(6)、液晶键盘显示电路(8)以及电源电路(3)。所述的传感器信号处理电路(1)，主要处理两类传感器信号，其中急停、跑偏、张力、电压、电流、料位信号均进行A/D转换后，经光电耦合器件6M36隔离后送入ATmegal28 单片机，ATmegal28单片机可以判断急停、跑偏传感器的故障与故障位置(编号)以及电流超限、电压超限、料位超限和皮带张力超限的发生；对于速度、温度、烟雾、堆煤、撕裂、断带传感器信号，直接经TLP521光电隔离后送入ATmegal28单片机进行处理。所述的微控制器电路(2)包括ATmegal28单片机和接线端口(Pl) (P2) (P3) (P4) (P5) (P6)。ATmegal28单片机是装置核心芯片，左侧接线端口(Pl)为堆煤、撕裂、急停、 张力、跑偏、温度故障保护和前台通信通道的连接端口，右侧接线端口(P2)为速度、断带、电流、烟雾、电压、料位故障保护和后台通信通道的连接端口，(P3)为按键语音连接端口， (P4)为液晶键盘连接端口，(P5)为编程接口，(P6)为防爆箱连接端口。所述的数字语音合成电路(4)及语音输出电路(7)，数字语音合成电路(4)，采用真人发音，经过语音输出电路(7)的语音信号处理，实现沿线语音报警和打点、通话功能， 通过数字语音合成电路(4)和语音输出电路(7)可实现全线打点、通话、故障报警语音提所述的通信电路(5)，其中ATmegal28单片机(U9)与(ICl) SAJ1000相连，SAJ1000 的13、19管脚分别与CTM8251的3、4管脚相连，SAJ1000与单片机交互数据，并控制CTM8251 进行数据传输，完成CAN通信；ATmegal28单片机(U9)的45、46、50、51管脚分别与GL7、GL9、 GL10、GL8光电隔离芯片相连，实现前后台装置之间的通信。所述的继电器控制电路(6)，送出四路控制信号分别控制主、副电机，洒水电磁阀， 实现继电器控制。所述的液晶键盘显示电路(8)由一片128X64点阵液晶显示器为主的显示电路， 可以直接显示四行八字的汉字提示，可显示台号、系统时间、运行状态、故障种类、设定参数，由平面发光管组成的故障指示可直接点亮汉字屏指示故障类型，同时通过4X4矩阵键盘可进行系统参数设置操作，通过液晶键盘显示电路(8)可实现跑偏、堆煤、撕裂、断带、急停、温度、烟雾保护信息及设备运行状态信息显示，可实现电压、电流、张力、速度、料位数值显示，可通过键盘操作，完成各种信息设备、查看，键盘模块包括“启动”、“停止”、“打点”、 “通话”四个独立按键，可完成设备启停操作及打点通话操作。所述的电源模块(3)，主要是供各芯片工作的电源滤波电路和实时时钟电路，为系统提供稳定的两路12V直流电源。上位机皮带机保护监控软件具有皮带机运行状态远程监控功能，可以显示多条皮带状态信息；可以控制任意一条皮带的启动、停止和皮带机群的顺煤流延时启车、顺煤流延时停车、逆煤流延时启车、全局停车；可以对任意一条或多条皮带机保护装置参数进行远程设置和查询；可实现所有皮带故障的提示，可实现对所有皮带故障信息的存储、查询、输出打印和自动删除，便于对多条皮带的故障记录进行统一管理和统计。本实用新型的有益效果是由于采用上述方案，在实现控制装置对皮带机跑偏、急停、张力、堆煤、温度、烟雾、速度、撕裂、断带保护以及对单台皮带机进行启停基本功能的基础上，网络化皮带机综合保护监控装置通过现场总线通信方式实现皮带机保护控制装置主机与主机之间的通信，实现了皮带机群间沿线通话、打点及语音预警、报警功能，实现皮带机群逆煤流启车、顺煤流启车、顺煤流停车、全局停车、单台启停等多种控制方式；同时本实用新型具备以太网接入功能，实现上位计算机的监控软件对现场皮带机群的实时监测与远程控制，确保了皮带运输系统的安全工作。本装置主要功能特点有以下几个方面1.实现皮带机运行的跑偏、急停、张力、欠压、过流、堆煤、温度、烟雾、速度、撕裂、 断带、料位12种故障保护；2.大屏幕液晶显示屏，汉字信息显示速度、张力、电压、电流、料位运行状态数据， 故障信息由液晶屏及平面发光管清晰指示；3.具备以太网接入功能，可井下或地面远程实时监控所有皮带机运行，集中管理，减少管理工作量和强度；4.具备皮带机群逆煤流启车、顺煤流启车、顺煤流停车、全局停车、单台启停等多种控制方式供选择；5.具有皮带机保护监控软件，可以实现皮带机的远程监控，提高效率；6.多种工作模式设置，可以实现集控、单控、主控、尾控，方便多条皮带集中控制；7.具备急停开关和跑偏传感器的故障位置指示功能，分别支持最多20个急停和跑偏传感器的位置指示，故障位置用语音和液晶显示屏指示，方便排除故障，恢复生产；8.沿线通话、打点及语音预警、报警功能，通话具有良好的抗背景噪声能力，声音清晰；9.全局故障记录存储，查询及打印功能，便于对故障情况进行统计和总结；10.具备地面远程复位功能；11.各种保护均可以通过设置进行屏蔽，以便于现场检修。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1 网络化皮带机综合保护监控装置主机内部结构示意图。图2 本实用新型的微控制器电路的组成框图。图3 本实用新型CAN通信电路原理图。图4 本实用新型的整体组成框图。图5 本实用新型中上位机保护监控软件功能方框图。
具体实施方式
网络化皮带机综合保护监控装置主机供电采用127V或36V交流供电，输出隔离的 +12V本安电源。一路供传感器使用，另一路供单片机及外围电路使用，大大减小了信号间的干扰，提高了装置的稳定性。参见
图1、图2、图3，皮带机保护控制装置主机的结构特点主要包括传感器信号处理电路(1)、微控制器电路(2)、数字语音合成电路(4)及语音输出电路(7)、通信电路(5)、 继电器控制电路(6)、液晶键盘显示电路(8)和电源电路(3)。传感器信号处理电路(1)，主要处理两类传感器信号，其中急停、跑偏、张力、电压、电流、料位、信号均进行A/D转换后， 经光电耦合器件6N136隔离后送入ATmegal28单片机，ATmegal28单片机可以判断急停、跑偏传感器的故障与故障位置(编号)以及电流超限、电压超限、料位超限和皮带张力超限的发生；对于速度、温度、烟雾、堆煤、撕裂、断带传感器信号，直接经TLP521光电隔离后送入 ATmegal28单片机进行处理。微控制器电路(2)包括ATmegal28单片机和接线端口(Pl) (P2) (P3) (P4) (P5) (P6)，其中ATmegal28单片机是装置核心芯片，左侧接线端口 (Pl)为堆煤、撕裂、急停、张力、跑偏、温度故障保护和前台通信通道的连接端口，右接线端口(P2)为速度、断带、电流、烟雾、电压、料位故障保护和后台通信通道的连接端口，(P3)为按键语音连接端口，(P4)为液晶键盘连接端口，(P5)为编程接口，(P6)为防爆箱连接端口。数字语音合成电路(4)及语音输出电路(7)，数字语音合成电路(4)，采用真人发音，经过语音输出电路(7)的语音信号处理，实现沿线语音报警和打点、通话功能，通过数字语音合成电
5路(4)及语音输出电路(7)可实现全线打点、通话、故障报警语音提示。通信电路(5)，其中 ATmegal28 单片机与(ICl) SAJ1000 相连，SAJ1000 的 13、19 管脚分别与 CTM8251 的 3、 4管脚相连，SAJ1000与单片机交互数据，并控制CTM8251进行数据传输，完成CAN通信， ATmegal28单片机(U9)的45、46、50、51管脚分别与GL7、GL9、GL10、GL8光电隔离芯片相连，实现前后台装置之间的通信，通话、打点信号电路分别与前、后台联机，实现语言通话、 打点，数字语言输出也与其相连，因此故障语言信号可沿线播出。继电器控制电路(6)，送出四路控制信号分别控制主、副电机，洒水电磁阀，实现继电器控制。液晶键盘显示电路(8) 由一片128X64点阵液晶显示器为主的显示电路，可以直接显示四行八字的汉字提示，可显示台号、系统时间、运行状态、故障种类、设定参数，由平面发光管组成的故障指示可直接点亮汉字屏指示故障类型，同时通过4X4矩阵键盘可进行系统参数设置操作，通过液晶键盘显示电路(8)可实现跑偏、堆煤、撕裂、断带、急停、温度、烟雾保护信息及设备运行状态信息显示，可实现电压、电流、张力、速度、料位数值显示，可通过键盘操作，完成各种信息设置、查看，键盘模块包含“启动”、“停止”、“打点”、“通话”四个独立按键，可完成设备启停操作及打点通话操作；电源电路(3)，主要是供各芯片工作的电源滤波电路和实时时钟电路， 为系统提供稳定的两路12V直流电源。参看图4，网络化皮带机综合保护监控装置，主要由皮带机保护控制装置主机与上位机皮带机保护监控软件两部分组成，通过两层监控网络相结合的方式，可以实现对多条皮带运输机的监控管理。底层采用标准工业网络——控制器局域网CAMController Area Net)实现通讯，本皮带保护控制装置主机本身带有CAN接口，很方便的组建基于CAN现场总线的现场通讯网络；一定数量的皮带保护控制装置主机组成一个网段，设立一个监控分站， 然后通过工业以太网交换机将各个监控分站连接，组成上层网络。本实用新型中的皮带机保护控制装置主机接有跑偏、急停、张力、欠压、过流、堆煤、温度、烟雾、速度、撕裂、断带和料位12种传感器信号，可以实现对皮带的全面有效保护。参看图5，上位机皮带机保护监控软件可实时监控皮带机的运行状态，主要由实时监控、故障诊断、数据库管理和参数设置功能模块组成。可实现皮带的动态画面刷新，皮带数据状态的实时显示，进行文字图标报警提示并进行相应的保护动作和远程复位，可存储皮带的操作和故障信息并能进行历史查询和打印，可自动定期删除皮带的操作和故障信息，可对皮带参数和通信端口进行设置。
权利要求1.一种网络化皮带机综合保护监控装置，由皮带机保护控制装置主机、监测传感器、以太网接入设备和上位计算机组成，其特征在于，以微型处理器为核心，设计两层监控网络， 实现监测传感器与皮带机保护控制装置主机、主机与主机之间的现场通信，通过上位计算机监控软件实现多台设备的地面远程监控。
2.根据权利要求1所述的网络化皮带机综合保护监控装置，其特征在于，所述的皮带机保护控制装置主机包括传感器信号处理电路(1)、微控制器电路(2)、数字语音合成电路 ⑷及语音输出电路(7)、通信电路(5)、继电器控制电路(6)、液晶键盘显示电路⑶以及电源电路(3)，所述的传感器信号处理电路(1)，主要处理两类传感器信号，其中急停、跑偏、张力、电压、电流、料位信号均进行A/D转换后，经光电耦合器件6W36隔离后送入ATmegal28 单片机，对于速度、温度、烟雾、堆煤、撕裂、断带传感器信号，直接经TLP521光电隔离后送入 ATmegal28单片机进行处理；所述的微控制器电路(2)包括ATmegal28单片机和接线端口 (Pl) (P2) (P3) (P4) (P5) (P6)，ATmegal28单片机是装置核心芯片，接线端口(Pl)为堆煤、撕裂、 急停、张力、跑偏、温度故障保护和前后台通信通道的连接端口，右侧接线端口(P2)为速度、 断带、电流、烟雾、电压、料位故障保护和前后台通信通道的连接端口，(P3)为按键语音连接端口，(P4)为液晶键盘连接端口，(P5)为编程接口，(P6)为防爆箱连接端口 ；所述的数字语音合成电路(4)及语音输出电路(7)，数字语音合成电路(4)，采用真人发音，经过语音输出电路 (7)的语音信号处理，实现沿线语音报警和打点、通话功能；所述的通信电路(5)，ATmegal28 单片机与SAJ1000相连，SAJ1000的13、19管脚分别与CTM8251的3、4管脚相连，完成CAN通信，ATmegal28单片机的45、46、50、51管脚分别与GL7、GL9、GL10、GL8光电隔离芯片相连，实现前后台装置之间的通信；所述的继电器控制电路(6)，送出四路控制信号，分别控制主、副电机，洒水电磁阀，实现继电器控制；所述的液晶键盘显示电路⑶是由一片128X64点阵液晶显示器为主的显示电路，可以直接显示四行八字的汉字提示，可显示台号、系统时间、运行状态、故障种类、设定参数，由平面发光管组成的故障指示可直接点亮汉字屏指示故障类型， 同时通过4X4矩阵键盘可进行系统参数设置操作；所述的电源电路(3)，主要是供各芯片工作的电源滤波电路和实时时钟电路，为系统提供稳定的两路12V直流电源。
3.根据权利要求1所述的网络化皮带机综合保护监控装置，其特征在于，所述的两层监控网络包括现场总线CAN和工业以太网的分层结构，其底层采用现场总线CAN通信，每台皮带机保护控制装置主机均带有CAN通信接口，上层传输通过工业以太网实现，具体是由以太网联网服务器来完成。
4.根据权利要求1所述的网络化皮带机综合保护监控装置，其特征在于，所述的上位机计算机安装有上位机监控软件，可以通过界面程序实现地面远程控制皮带机运行，并通过图画、数据、对话框、语音方式实现设备管理。
5.根据权利要求1所述的网络化皮带机综合保护监控装置，其特征在于，通过数字语音合成电路(4)和语音输出电路(7)可实现全线打点、通话、故障报警语音提示。
6.根据权利要求1所述的网络化皮带机综合保护监控装置，其特征在于，通过液晶键盘显示电路(8)可实现跑偏、堆煤、撕裂、断带、急停、温度、烟雾保护信息及设备运行状态信息显示，可实现电压、电流、张力、速度、料位数值显示；可通过键盘操作，完成各种信息设置、查看；键盘模块包含“启动”、“停止”、“打点”、“通话”四个独立按键，可完成设备启停操作及打点通话操作。
专利摘要本实用新型提供一种网络化皮带机综合保护监控装置，包括皮带机保护控制装置主机、监测传感器、以太网接入设备和上位计算机，本实用新型以微型处理器为核心，设计现场总线通信方式，实现监测传感器与皮带机保护控制装置主机、主机与主机之间的数据通信；同时增加底层现场总线与上层工业以太网通信功能，通过联网服务器，实现井下与地面以太网交换机的数据转换与传输，完成底层监控数据的上传，采用上位计算机监控软件实现远程监控。本实用新型既可以实现井下就地皮带机安全保护、监控显示与操作、语音通话及报警，又可以实现地面远程监控，减少井下作业人员，保障设备安全，提高生产效率。
文档编号B65G43/00GK202245194SQ201120223239
公开日2012年5月30日 申请日期2011年6月23日 优先权日2011年6月23日
发明者刘森, 周娜, 张迎春, 张闯志, 王勇, 郑振, 魏贤群 申请人:宿州中矿三杰科技有限公司, 徐州三杰电器有限公司