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皮带机智能监控保护系统设计

摘要：本文利用 stm32 单片机与各类传感器的组合

设计出了一套皮带输送机智能检测保护装置，并给出了该系统

具体的软硬件设计方案。该装置对矿用皮带输送机的工作情况

进行实时监测，可以有效处理选煤厂皮带运输过程中出

现的跑偏、撕裂、打滑、过载等一系列问题，节约修整成本。

关键词： stm32 ；皮带输送机；监测保护

1引言

皮带输送机又简称为皮带机，因为其使用的灵活性以及

高效率的输送，为散装物料的输送提供了有效手段，在生产生

活中得到广泛的应用。特别在劳动强度很大的选煤生产中，皮

带机更是频繁使用。选煤厂皮带机运输线路长、使用环境恶

劣，一旦出现问题，不便于人工监测和检修。这样便会延

误生产，造成一定的经济损失。甚至影响到员工的生命安全。因此，如何将皮带机故障消灭在萌芽里至关重要。

皮带机容易出现的问题主要有跑偏、撕裂、打滑、过载

等等。针对这些问题设计的智能监测保护装置能够及时检测

到问题所在，并能通过声光报警准确有效地反应出来。本系

统以 stm32 单片机为核心，配以 LCD液晶显示屏、 ISD4000 语音芯片以及其他各类传感器，来完成皮带机的综合保护。

提高了生产安全，降低了维修成本[1] 。

2系统性能分析

皮带机出现的故障有多种，检测装置需要对不同的故障

做出不同的处理。在选煤厂皮带机智能监测保护装置设计中，主要有正常运行、强制运行和停车控制三种工作方式供用户选择。

正常运行是皮带保护装置的正常工作状态，系统上电之后立即进入开机检测状态，监测保护装置启动，各传感器开始自检并向控制中心汇报数据，一切正常则启动电机进入正常运行模式。强制运行是指系统上电之后皮带机立即进入运行模式，各类传感器不工作，监测保护装置关闭。停车控制有两种状态，一种是开机检测时的传感器异常，另一种是正常运行下皮带机发生的某些不可逆故障。两种情况均会发出声光报警，并会在 LCD显示屏显示故障类型。

皮带机常见的故障有撕裂、打滑、过载、跑偏、超温、烟雾等等 [2] 。皮带机的撕裂、打滑、过载等多种异常运行状态都可以通过检测皮带速度、电机转矩来检测。因此，皮带速度、电机转矩成为皮带运输系统状态检测的重要信号特征量。皮带运输机皮带跑偏信号的检测通常是跑偏开关来检测，当检测到皮带跑偏时，跑偏开关便会动作，并产生一个开关量信号，将其反馈到中央控制单元。烟雾与超温的控制主要是通过传感器对烟雾和温度与预先设定值进行比较，当所测

数据大于预定值时进行声光报警并开启洒水装置。

3系统硬件设计

皮带机智能监测保护装置集数据 ?集、数据处理、人机交流、网络通信，保护控制于一体。主要由 stm32 主控模块、传感器模块、输出控制模块、通信扩展模块构成。该装置的总体设计构图如图 1 所示。

系统的控制单元采用的是 STM32 系列芯片，它是由世界最大的半导体公司之一意法半导体公司推出的一款高性能、

低成本、低功耗的嵌入式应用芯片。这里用到的是芯片型号

是 STM32F103RBT7，该芯片核心是 ARM32 位 Cortex-M3 处理器，时钟频率达 72MHz，内置 128K 的 Flash，64 位并行 I/O

接口，工作温度范围在 -40℃～ +105℃，适合选煤厂复杂的工

作环境 [3] 。

除了选择一个合适的主控芯片，整个监测保护装置能否有

效工作还取决于传感器的选型是否合理。必须要选用故障率

低、灵敏度高、使用寿命长且具有三防功能的产品。皮带速度

检测主要采用 GSC6-SC型速度传感器，该传感器将皮带机的

实际速度检测出来，并将其转换成电信号传送至监测保护装

置，然后根据不同的速度值判断皮带机的工作状态。电

机转矩检测采用的是 CQG电机转矩传感器，该传感器应用磁

电转换原理，用相位差原理和数字显示的转矩转速测量方法，能稳定、可靠、快速地进行高精度测量。皮带机的跑偏故障

检测采用的是 KPT跑偏开关，当检测到皮带跑偏时，开启跑

偏开关，产生一个开关电信号，将其传送至中央控制单元，

执行相应措施。温度检测选用的是 DS18B20型单线数字式温

度传感器，测温范围 -55℃～ +125℃，在与中央控制单元连接

时仅需要一条总线即可实现双向通讯，将所测温度与预设值进行比较，当所测温度超过预设值时，控制中心便启动洒

水装置。烟雾检测采用的是 GQQ0.1 型矿用烟雾传感器，该传

感器通过检测烟雾的浓度，将其转换成电信号输入皮带保护装

置从而发出报警声，停止皮带机并启动洒水装置，起到烟雾保

护作用 [4] 。

4系统软件设计

本系统软件采用的是Keil MDK 开发平台，利用 C 语言。本装置所要进行的工作主要有数据采集、数据处理、保护措

施的启动。总体软件流程设计如图 2 所示。系统上电之后，各模块初始化设置，开始检测各传感器是否设置正常，如果

正常则进入运行模式，启动皮带机。在皮带机运行阶段，各

传感器开始工作，检测皮带机是否出现故障，判断并显示故

障类型，执行相应的子程序。数据采集主要采集的是传感器

I/O 口开关量，采集信号都是通过I/O 口输入。保护措施主要

有报警、洒水、停车，每个动作均有相应的I/O 口控制输出。

5结束语

本文所设计的选煤厂皮带机智能监测保护装置操作简

单，使用方便，监测精准，能广泛应用于电厂、煤矿、工业

生产等行业。目前该系统正处于测试阶段，测试完成后即可

投入到选煤生产线。此智能监测保护装置能减少人员成本，

节约维修资金，具有很好的应用推广前景。

参考文献：

[1]卢玉强《.矿井皮带运输状态监测与事故预警系统》 [D]. 山东：青岛科技大学控制工程，2012（ 06）.

[2] 戴家友《. 基于 ARM7 数字集成电路测试仪的设计》[J]. 数字技术与信息，2012（ 04） .

[3]彭刚，春志强 .《基于 ARM Cortex-M3 的 STM32 系列嵌入式微控制器应用实践》 [M]. 北京：电子工业出版社， 2011 （01） .

[4]王照信 .《基于 ARM 的矿用皮带综合保护装置的研究与实现》 [D]. 山东：山东大学控制科学与工程， 2013（11） .