CN102633094B - 一种运输物料的皮带机料流检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运输物料的皮带机料流检测系统及其检测方法，属于皮带运输机上料流的自动检测与控制领域。该发明包括输送皮带、侧边托辊、水平托辊和皮带机支架，其中所有的水平托辊中至少有一个为偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊，或该偏心托辊为圆形托辊的外周表面设置有偏心块，其偏心块与圆形托辊之间圆弧过渡；上述安装偏心托辊的皮带机支架上固连有振动传感器，该振动传感器与数据采集工作站相连，数据采集工作站通过工业以太网连接至工控机，工控机与显示器相连接。通过本发明的料流检测系统和检测方法，皮带上有物料和无物料时的振动信号幅度相差十数倍以上，从而实现皮带机料流的高可靠性间接检测，维护成本低，使用方便，检测准确。

Description

一种运输物料的皮带机料流检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及皮带运输机上料流的自动检测与控制技术领域，更具体地说，涉及皮带运输机上有物料和无物料的检测系统，是一种基于机械放大信号分离原理的皮带机料流检测系统及其检测方法。

背景技术

大型钢铁企业皮带机输送系统具有流程多、运输线长及作业频繁的特点。目前，各家钢铁生产企业在其炼铁厂的原料供应中，通常采用原燃料基地式的供应方式，其主要设备就是皮带输送机，占到了总设备量的90%以上。所以，对于钢铁企业的炉料运输系统，没有可靠的料流跟踪检测，就很难准确把握更换料种时的料斗翻斗时间，容易导致流程混料、上错料和堆料等事故，对于安全生产管理和提高生产节奏，都有很大的限制。

现有的皮带机系统通常只采集各皮带机的电机运行信号并连锁控制，只要流程中各电机运转即认为皮带机运转正常。而皮带机上有无物料、料流的料头料尾具体到了什么位置却没有可靠和有效的检测方法，因而国内皮带机运输企业普遍没有可靠的低成本料流跟踪系统。大多数皮带机运输系统一般依靠有限的几个工业摄像头观察估计，或者在需要换料时段靠人工观察，并通过对讲机通知换料或翻斗时间，这样无法做到料流自动检测和跟踪。

目前，也有安装在皮带机上使用的料流检测装置，各家原料厂安装在皮带输送机上进行物料流量检测的装置主要有二种：一种是计量电子称，其主要作用就是对输送的物料进行计量，但是由于其设备结构较大，精度要求较高，投入的成本也相对较高，不适用于普通的物流监控，目前主要是用于对所输送的物料进行计量；而另一种就是刮板式料流检测装置，其主要作用就是对物料的流量变化进行监控，该刮板式料流检测装置一般安装在尾车皮带上方，当物料在皮带机上进行传送时，物料和刮板式料流检测装置的刮板接触，使得刮板倾斜，压迫检测装置的触点，表明皮带机带料运转，而当刮板自然垂直向下时，刮板和检测装置触点不接触，表明皮带机处于空运转状态，但是现有技术中的刮板式料流检测装置存在的问题有：（1）当皮带机上物料流量过低或皮带机上料流断断续续时，刮板式料流检测装置的检测效果就相当不精确，从而影响到对皮带机作业运转过程中的监控效果；（2）该刮板式料流检测装置因长期运行容易失灵而可靠性较低，故障率高，使用寿命短，维护成本和强度都很大，目前已使用很少。

目前也有部分皮带机采用在皮带机支架上安装振动加速度传感器检测皮带机上料流信息的尝试，但由于无法可靠有效的分离有料和无料信息，振动加速度传感器只能安装在物料落料口下方，依靠物料落下时的冲击获得有无料物料落到该传输皮带上的信息，继而判断估算料流在皮带上的状态。该方法由于不是直接检测皮带上物料的状态信息，难以适用于所有皮带机，尤其是远距离的较长皮带机，也难于满足运输断续物料状态下的料流实时检测及显示的需要。

此外，中国专利号ZL200920208710.8，授权公告日为2010年5月26日，发明创造名称为：非接触式转轴料流检测器，该申请案涉及一种非接触式转轴料流检测器，与皮带机喷淋洒水控制系统配合，包括：箱体；转轮，其中心连接一第一转轴，该第一转轴另一端位于箱体内；磁性轮，连接于第一转轴的另一端；金属环，环内径与磁性轮外径匹配，并套设于磁性轮外，磁性轮的中心线高于金属环的中心线，两中心线在重力面上保持平行，磁性轮表面顶部与金属环内孔顶部为线接触；四角架，设呈90度均分的4个支架，该4个支架连接于金属环，四角架中心连接一第二转轴；摆动杆，连接于第一转轴的另一端，呈白由下垂状；第一、第二触片，平行、垂直向下设置，与摆动杆保持一间距，第二触片与第一触片平行保持同一间距，两触片一端各自固定在箱体内部，并分别通过引线分别与喷淋洒水控制系统电磁阀正极、负极连接；第一、第二转轴上分别设置轴承，该两个轴承分别固定于箱体两腹板。该申请案能够检测皮带有载或空载运行，实现洒水装置按需进行，但是该申请案结构复杂，生产成本高，运行及维护费用高。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中皮带机料流检测的精度及稳定性的不足，提供一种运输物料的皮带机料流检测系统及其检测方法，该皮带机料流检测系统，通过装设偏心托辊，将有无料流时引起的皮带机支架振动信号明显区分开来，加装该偏心托辊后可以使皮带上有物料和无物料时的振动信号幅度相差十数倍以上，再通过振动传感器检测该振动信息，经数据采集系统和数据综合处理，实时检测和显示皮带运输机的料流，实现高可靠性的料流自动跟踪，并通过以太网在中控终端屏幕上在线实时显示，通过该料流检测方法，可以实现皮带机料流的高可靠性间接检测，维护成本低，使用方便，检测准确。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种运输物料的皮带机料流检测系统，包括输送皮带、侧边托辊、水平托辊和皮带机支架，该侧边托辊和水平托辊固连于皮带机支架的上方，输送皮带位于侧边托辊和水平托辊的上方，皮带机料流检测系统中所有的水平托辊中至少有一个为偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊，或该偏心托辊为圆形托辊的外周表面设置有偏心块，其偏心块与圆形托辊之间圆弧过渡；上述安装偏心托辊的皮带机支架上固连有振动传感器，该振动传感器与数据采集工作站相连，数据采集工作站通过工业以太网连接至工控机，工控机与显示器相连接。

更进一步地，所述的偏心块的横截面为中间厚两边薄的月牙形，该月牙形偏心块的中间厚度与圆形托辊直径的比为1：100~5：100。优选的，所述的月牙形偏心块的中间厚度与圆形托辊直径的比为2：100。通过工业试验验证，当月牙形偏心块的中间厚度与圆形托辊直径的比为2：100时，输送皮带有物料和无物料引起的皮带机支架振动信号能被振动传感器明显区分开来，且偏心块对输送皮带的磨损较小。

更进一步地，所述椭圆辊横截面的离心率为0.05~0.20。优选的，所述椭圆辊横截面的离心率为0.10。通过工业试验验证，当椭圆辊横截面的离心率为0.10时，输送皮带有物料和无物料引起的皮带机支架振动信号能被振动传感器明显区分开来，且偏心块对输送皮带的磨损较小。

更进一步地，所述皮带机料流检测系统中的所有水平托辊均为偏心托辊；所述的振动传感器为振动加速度传感器或振动速度传感器。对于所有的水平托辊均采用偏心托辊，使得整条输送皮带上各位置的有无物料情况均被检测出来，尤其适合于断续物料的料流检测。

本发明的一种运输物料的皮带机料流检测系统的检测方法，其步骤为：

（1）产生料流振动信号：皮带机料流检测系统中所有的水平托辊中至少有一个为偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊，或该偏心托辊为圆形托辊的外周表面设置有偏心块，其偏心块与圆形托辊之间圆弧过渡，输送皮带上的物料经过偏心托辊的上方，偏心托辊产生料流振动信号，该料流振动信号传递至皮带机支架；

（2）检测料流振动信号：安装在皮带机支架上的振动传感器检测步骤（1）中产生的料流振动信号；

（3）料流振动信号的采集与显示：数据采集工作站采集步骤（2）中振动传感器检测到的料流振动信号，该料流振动信号通过工业以太网传输至工控机，工控机对料流振动信号进行数据处理、存储，数据处理结果传送至显示器显示。

优选的，步骤（1）中皮带机料流检测系统中所有的水平托辊均为偏心托辊，其中：偏心块的横截面为中间厚两边薄的月牙形，该月牙形偏心块的中间厚度与圆形托辊直径的比为1：100~5：100。

优选的，步骤（1）中皮带机料流检测系统中所有的水平托辊均为偏心托辊，其中：椭圆辊横截面的离心率为0.05~0.2。

优选的，步骤（3）中工控机对料流振动信号进行数据处理、存储的具体过程如下：工控机对每个振动传感器采集的料流振动信号进行暂存，对于同一个振动传感器采集的料流振动信号值连续2次或2次以上的平均值未超过无料流设定值，则判定该振动传感器对应的输送皮带处无物料；对于同一个振动传感器采集的料流振动信号值连续2次或2次以上的平均值超过有料流设定值，则判定该振动传感器对应的输送皮带处有物料，并将上述处理数据通过显示器予以实时显示。

本发明的原理为：

皮带机上不安装偏心托辊时，在支撑辊托住皮带滚动运行时，不论有无物料，所引起的振动是滚动磨察引起较均匀机械振动，振动速度幅值较小。本发明的运输物料的皮带机料流检测系统，在皮带机支架上某一个或多个不同位置上的安装偏心托辊，用以明显分离有无料流时的振动信息，并在该偏心托辊下方附近安装振动传感器，用于检测该振动信号，再通过数据采集系统采集不同皮带上不同振动传感器的振动信号，经数据分析处理来判别皮带机上的料流信息，实时显示在监控计算机上，实现多流程多皮带机的料流跟踪显示。当采用偏心托辊后，偏心托辊托住皮带滚动运行时会产生一个上下托举的运动，因有物料时皮带很重，这个托举运动产生的冲量很大，导致皮带机支架产生的振动速度幅值大大增加，椭圆辊横截面的离心率越大，或者月牙形偏心块的中间厚度越厚，引起的振动信号幅值也越大。因此，采用偏心托辊后，可以非常明显地将皮带上有无物料的信息区分开来。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

（1）本发明的一种运输物料的皮带机料流检测系统，通过装设偏心托辊，偏心托辊托住皮带滚动运行时会产生一个上下托举的运动，使得皮带机支架产生的振动速度幅值大大增加，使得皮带上有物料和无物料时的振动信号幅度相差十数倍以上，有无料流时引起的支架振动信号可以被明显区分开来；

（2）本发明的一种运输物料的皮带机料流检测系统，采用振动传感器实时检测系统的运行状态和料流数据，采用工业以太网构建检测系统，系统性能稳定，可靠性高，维护容易，成本低，可以实现皮带机运行状态的实时检测和料流跟踪管理；

（3）本发明中采用的偏心块的横截面为中间厚两边薄的月牙形，当该月牙形偏心块的中间厚度与圆形托辊直径的比为1：100~5：100时，有无料流时引起的皮带机支架振动信号能够明显区分开来，实践证明，有物料和无物料时振动信号的平均速度比值为10倍左右；

（4）本发明中采用的椭圆辊横截面的离心率为0.05~0.20时，有无料流时引起的皮带机支架振动信号能够明显区分开来，实践证明，有物料和无物料时振动信号的平均速度比值为10倍左右。

附图说明

图1为本发明的一种运输物料的皮带机料流检测系统的截面示意图；

图2为本发明中偏心托辊的截面图，其中图（a）为椭圆辊结构，图（b）为圆形托辊外设偏心块结构；

图3为本发明中采用工业以太网构建的检测系统的系统框图。

示意图中的标号说明：1-输送皮带；2-侧边托辊；3-水平托辊；301-偏心块；302-圆形托辊；303-椭圆辊；4-皮带机支架；5-振动传感器；6-数据采集工作站；7-工业以太网；8-工控机；9-显示器。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

结合图1、图2和图3，本发明的一种运输物料的皮带机料流检测系统，包括输送皮带1、侧边托辊2、水平托辊3和皮带机支架4，该侧边托辊2和水平托辊3固连于皮带机支架4的上方，输送皮带1位于侧边托辊2和水平托辊3的上方，本专利的皮带机料流检测系统中所有的水平托辊3中至少有一个为偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊303，椭圆辊303的横截面结构如图2（a）所示，椭圆辊303横截面的离心率为0.05~0.20，或该偏心托辊为圆形托辊302的外周表面设置有偏心块301，其横截面结构如图2（b）所示，偏心块301与圆形托辊302之间圆弧过渡，该偏心块301的横截面为中间厚两边薄的月牙形，该月牙形偏心块301的中间厚度与圆形托辊302直径的比为1：100~5：100；上述安装偏心托辊的皮带机支架4上固连有振动传感器5，振动传感器5为振动加速度传感器或振动速度传感器，该振动传感器5与数据采集工作站6相连，数据采集工作站6通过工业以太网7连接至工控机8，工控机8与显示器9相连接，该采用工业以太网7构建的检测系统的系统框图如图3所示。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种运输物料的皮带机料流检测系统，适合用于连续物料的料流检测。它包括输送皮带1、侧边托辊2、水平托辊3和皮带机支架4，该侧边托辊2和水平托辊3固连于皮带机支架4的上方，输送皮带1位于侧边托辊2和水平托辊3的上方，皮带机料流检测系统中所有的水平托辊3间隔装设偏心托辊，本实施例中是每间隔两个现有的圆形水平托辊3安装一个偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊303，椭圆辊303的横截面结构如图2（a）所示，椭圆辊303横截面的离心率为0.10，上述安装偏心托辊的皮带机支架4上固连有振动传感器5，振动传感器5采用振动加速度传感器，该振动传感器5与数据采集工作站6相连，数据采集工作站6通过工业以太网7连接至工控机8，工控机8与显示器9相连接，该采用工业以太网7构建的检测系统的系统框图如图3所示。

本实施例的一种运输物料的皮带机料流检测系统的检测方法，其步骤为：

（1）产生料流振动信号：皮带机料流检测系统中间隔装设的偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊303，输送皮带1上的物料经过偏心托辊的上方，偏心托辊托住输送皮带1滚动运行时会产生一个上下托举的运动，因有物料时输送皮带1很重，这个托举运动产生的冲量很大，导致皮带机支架4产生的振动速度幅值大大增加，该料流振动信号传递至皮带机支架4；

（2）检测料流振动信号：安装在皮带机支架4上的振动传感器5检测步骤（1）中产生的料流振动信号；

（3）料流振动信号的采集与显示：数据采集工作站6采集步骤（2）中各个振动传感器5检测到的料流振动信号，该料流振动信号通过工业以太网7传输至工控机8，工控机8对料流振动信号进行数据处理、存储，经数据分析处理来判别皮带机上的料流信息，实现多流程多皮带机的料流跟踪显示，数据处理结果传送至显示器9显示。本实施例中工控机8对料流振动信号进行数据处理、存储的具体处理过程为：工控机8对每个振动传感器5的采集的振动加速度值取进行暂存，对于同一个振动传感器5采集的振动加速度值取连续2次的平均值未超过无料流设定值10m/s²，则判定该振动传感器5对应的输送皮带1处无物料；对于同一个振动传感器5采集的振动加速度值连续2次的平均值超过有料流设定值30 m/s²，则判定该振动传感器5对应的输送皮带1处有物料，由于皮带运输机的运行速度是固定的，根据上述数据处理结果，通过计算机监控软件在显示器9上以动画方式显示料流的状态。对于现场不同的皮带机系统，无料流设定值和有料流设定值的具体值可能会有不同，需要根据现场情况进行标定。具体实施时，可以根据不同的皮带机设备状况和椭圆辊303横截面的离心率不同，依据现场试验测定的数据作适当的调整。

本实施例的皮带机料流检测系统，间隔装设的偏心托辊，适合连续物料的皮带机输送系统使用，输送皮带1上有物料和无物料时的振动信号幅度相差10倍左右，有无料流时引起的皮带机支架4振动信号可以被明显区分开来，采用工业以太网7构建检测系统，系统性能稳定，可靠性高，维护容易，成本低，可以实现皮带机运行状态的实时检测和料流跟踪管理。

实施例2

本实施例的一种运输物料的皮带机料流检测系统，适合用于断续物料的料流检测。它包括输送皮带1、侧边托辊2、水平托辊3和皮带机支架4，该侧边托辊2和水平托辊3固连于皮带机支架4的上方，输送皮带1位于侧边托辊2和水平托辊3的上方，皮带机料流检测系统中所有的水平托辊3均为偏心托辊，偏心托辊为圆形托辊302的外周表面设置有偏心块301，其横截面结构如图2（b）所示，偏心块301与圆形托辊302之间圆弧过渡，该偏心块301的横截面为中间厚两边薄的月牙形，该月牙形偏心块301的中间厚度与圆形托辊302直径的比为2：100，在安装偏心托辊下方的皮带机支架4上安装有振动传感器5，振动传感器5采用上海测振自动化仪器有限公司CZ9300系列的震动速度传感器，该振动传感器5与数据采集工作站6相连，数据采集工作站6通过工业以太网7连接至工控机8，工控机8与显示器9相连接，该采用工业以太网7构建的检测系统的系统框图如图3所示。

本实施例的一种运输物料的皮带机料流检测系统的检测方法，其步骤为：

（1）产生料流振动信号：皮带机料流检测系统中装设的偏心托辊，该偏心托辊为圆形托辊302的外周表面设置有偏心块301，其偏心块301与圆形托辊302之间圆弧过渡，输送皮带1上的物料经过偏心托辊的上方，偏心托辊托住输送皮带1滚动运行时会产生一个上下托举的运动，因有物料时输送皮带1很重，这个托举运动产生的冲量很大，导致皮带机支架4产生的振动速度幅值大大增加，该料流振动信号传递至皮带机支架4；

（2）检测料流振动信号：安装在皮带机支架4上的振动传感器5检测步骤（1）中产生的料流振动信号；

（3）料流振动信号的采集与显示：数据采集工作站6采集步骤（2）中各个振动传感器5检测到的料流振动信号，该料流振动信号通过工业以太网7传输至工控机8，工控机8对料流振动信号进行数据处理、存储，经数据分析处理来判别皮带机上的料流信息，实现多流程多皮带机的料流跟踪显示，数据处理结果传送至显示器9显示。本实施例中将同一个振动传感器5采集的振动速度值取连续10次的平均值与无料流设定值和有料流设定值进行比较，无料流设定值和有料流设定值可以根据不同的皮带机设备状况和月牙形偏心块301的中间厚度与圆形托辊302直径的比值不同，依据现场试验测定的数据作适当的调整，其他步骤同实施例1，然后将数据处理结果，通过计算机监控软件在显示器9上以动画方式显示料流的状态，这样数据的检测精度和可靠性更高。

本实施例的皮带机料流检测系统，所有的水平托辊3均为偏心托辊，从而可以对整条皮带上各点的有无物料情况作出实时监测，适合断续物料的皮带机输送系统使用，输送皮带1上有物料和无物料时的振动信号幅度相差10倍左右，有无料流时引起的皮带机支架4振动信号可以被明显区分开来，采用工业以太网7构建检测系统，系统性能稳定，可靠性高，维护容易，成本低，可以实现皮带机运行状态的实时检测和料流跟踪管理。

实施例3

本实施例的皮带机料流检测系统基本结构和检测方法同实施例1，不同之处在于：本实施例中皮带机料流检测系统中只有一个水平托辊3为偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊303，的椭圆辊303横截面的离心率为0.05，通过这一个椭圆辊303产生的物料振动信号，可以实时检测该输送皮带1上是否有物料，该离心率可以根据现场的实际情况做微小调整，直到检测到的有物料和无物料时的振动信号足以被振动传感器5区分开。

实施例4

本实施例的皮带机料流检测系统基本结构和检测方法同实施例1，不同之处在于：本实施例中的椭圆辊303横截面的离心率为0.20，该离心率可以根据现场的实际情况做微小调整，直到检测到的有物料和无物料时的振动信号足以被振动传感器5区分开。

实施例5

本实施例的皮带机料流检测系统基本结构和检测方法同实施例2，不同之处在于：本实施例中的月牙形偏心块301的中间厚度与圆形托辊302直径的比为1：100，该月牙形偏心块301的具体尺寸可以根据现场的实际情况做微小调整，直到检测到的有物料和无物料时的振动信号足以被振动传感器5区分开。

实施例6

本实施例的皮带机料流检测系统基本结构和检测方法同实施例2，不同之处在于：本实施例中的月牙形偏心块301的中间厚度与圆形托辊302直径的比为5：100，该月牙形偏心块301的具体尺寸可以根据现场的实际情况做微小调整，直到检测到的有物料和无物料时的振动信号足以被振动传感器5区分开。

以上示意性的对发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种运输物料的皮带机料流检测系统，包括输送皮带（1）、侧边托辊（2）、水平托辊（3）和皮带机支架（4），该侧边托辊（2）和水平托辊（3）固连于皮带机支架（4）的上方，输送皮带（1）位于侧边托辊（2）和水平托辊（3）的上方，其特征在于：皮带机料流检测系统中所有的水平托辊（3）中至少有一个为偏心托辊，该偏心托辊为椭圆辊（303），椭圆辊（303）横截面的离心率为0.05~0.20，或该偏心托辊为圆形托辊（302）的外周表面设置有偏心块（301），其偏心块（301）与圆形托辊（302）之间圆弧过渡，所述的偏心块（301）的横截面为中间厚两边薄的月牙形，该月牙形偏心块（301）的中间厚度与圆形托辊（302）直径的比为1：100~5：100；上述安装偏心托辊的皮带机支架（4）上固连有振动传感器（5），该振动传感器（5）与数据采集工作站（6）相连，数据采集工作站（6）通过工业以太网（7）连接至工控机（8），工控机（8）与显示器（9）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种运输物料的皮带机料流检测系统，其特征在于：所述的月牙形偏心块（301）的中间厚度与圆形托辊（302）直径的比为2：100。

3.根据权利要求1所述的一种运输物料的皮带机料流检测系统，其特征在于：所述椭圆辊（303）横截面的离心率为0.10。

4.根据权利要求2或3所述的一种运输物料的皮带机料流检测系统，其特征在于：所述皮带机料流检测系统中的所有水平托辊（3）均为偏心托辊；所述的振动传感器（5）为振动加速度传感器或振动速度传感器。