CN103458040A - 一种基于物联网的设备磨损状态无线监测装置 - Google Patents

一种基于物联网的设备磨损状态无线监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的设备磨损状态无线监测装置，包括无线监测传输模块和无线监测系统模块，无线监测传输模块包括依次相连的传感器、信号放大器、模数转换器、微处理器和无线发射器，所述无线监测系统模块包括依次相连的无线接收器、电平转换器以及PC机。本发明通过检测出曳引轮绳槽的轮村表面接触疲劳接点、磨粒磨损状态和氧化磨损程度等，提前诊断出达到磨损临界值的曳引轮绳槽的轮村，并以无线传输方式将采集的磨损状态信息，传输至企业管理平台或相关管理人员，无需工作人员再下井进行定期检查排除安全隐患，实现实时地、准确地、智能地对矿用曳引轮绳槽轮村磨损情况进行预警，从而大大提高了矿井中曳引轮运行中的安全系数。

Description

一种基于物联网的设备磨损状态无线监测装置
技术领域
本发明涉及一种矿井下设备的磨损检测装置，特别涉及一种基于物联网的设备磨损状态无线监测装置。
背景技术
矿用曳引轮是一种常见的用于矿井运输的矿山专用设备，由于设计、制造、安装及曳引系统本身的各种原因，曳引轮绳槽在经过一段时间的运行后，矿用绳槽配件的曳引轮轮村与矿用曳引绳相接触的绳槽将会产生不同程度的磨损，磨损程度的日益增大，对曳引轮的安全运行带来一定的影响。一般的曳引轮绳槽的轮村磨损后通常采用更换或重新调整各矿用绳槽配件的钢丝绳的张紧力使其基本与原状态一致，达到相互的差值在5%范围内的平衡度等方式来减少曳引轮绳槽的轮村磨损，但上述方式仅能减少部分情况下曳引轮绳槽的轮村磨损情况，且需要工作人员经常下井定期检查排除安全隐患。目前的运用技术不能实时地、准确地、智能地检测出曳引轮绳槽的磨损状态同时也不能自动的预警曳引轮绳槽轮村磨损点位置及磨损程度，大大降低曳引轮运用于矿用专用设备中的安全系数。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够实时地、准确地、智能地检测出曳引轮绳槽轮村磨损状态的基于物联网的设备磨损状态无线监测装置。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于物联网的设备磨损状态无线监测装置，包括无线监测传输模块和无线监测系统模块，所述无线监测传输模块包括依次相连的传感器、信号放大器、模数转换器、微处理器和无线发射器，传感器将采集到的信号送到信号放大器进行放大，放大后的信号由模数转换器转换成数字信号送到微处理器，由微处理器控制无线发射器发送，所述无线监测系统模块包括依次相连的无线接收器、电平转换器以及PC机，无线接收器接收来自无线发射器发送的信号并将信号送入电平转换器进行转换，转换后的信号送入PC机进行处理。
所述信号放大器包括第一电阻、第二电阻、一个三极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和一个交流电压源，所述三极管的基极与传感器相连，集电极与第一电阻的一端相连，发射极与第一电感的一端相连，所述第一电阻的另一端接高电平，所述第一电感的另一端接地，第二电阻的一端与三极管的基极相连，另一端与交流电压源的正极相连，所述交流电压源的负极接地，第一电容的一端与三极管的集电极相连，另一端与模数转换器相连，第二电容并接在所述第一电感的两端，第二电感的一端与模数转换器、第一电容相连，另一端接地。
所述传感器为红外线传感器。
所述电平转换器为MAX232转换器。
本发明的有益效果在于：本发明通过检测出曳引轮绳槽轮村表面接触疲劳接点、磨粒磨损状态和氧化磨损程度等，提前诊断出达到磨损临界值曳引轮绳槽轮村，并以无线传输方式将采集的磨损状态信息，传输至企业管理平台或相关管理人员，无需工作人员再下井进行定期检查排除安全隐患，实现实时地、准确地、智能地对矿用曳引轮绳槽轮村表面磨损情况进行预警，从而大大提高了矿井中曳引轮运行中的安全系数。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电源模块电路图。
图3为本发明的无线监测传输模块电路图。
图4为本发明的无线监测系统模块电路图。
图5为本发明的信号放大器电路图。
图6为本发明的红外磨损状态监测截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图4所示，本发明包括电源模块、无线监测传输模块和无线监测系统模块，如图1所示，所述无线监测传输模块包括依次相连的传感器、信号放大器、模数转换器、微处理器和无线发射器，传感器将采集到的信号送到信号放大器进行放大，放大后的信号由模数转换器转换成数字信号送到微处理器，由微处理器控制无线发射器发送，所述无线监测系统模块包括依次相连的无线接收器、电平转换器以及PC机，无线接收器接收来自无线发射器发送的信号并将信号送入电平转换器进行转换，转换后的信号送入PC机进行处理。
如图2所示，电源模块包括三端稳压集成电路LM7805、电池组和一个10K电阻R，三端稳压集成电路LM7805的VI与电池组正极连接，GND与电池组负极连接后接地，VO与10K电阻R连接后接地。电源模块为整个系统装置提供+5V的稳定电源电压。
如图3所示，VCC电源接上一个电阻R与光敏二极管HP-5FR2的输入端连接，光敏二极管HP-5FR2的输出端接入电容C的一端，电容C的另一端与信号放大电器的IN连接，采集的监测电信号在信号放大电器中放大后，输出端SDA与SCK分别与A／D转换器中的接入端IN1和IN2相连，在A／D转换器中，通过A／D转换器的SER/PAR、A/B1和EXT/INT引脚直接置高电平DVDD，INVSCLK引脚置低电平GND，使转换器以串口方式工作。
由于A／D转换器是两个通道同时采样，所以给A/B2置位以控制数据的输出顺序；A／D转换器的CNVST连接至AT89S52单片机P2.5，通过单片机控制产生一个宽度不小于4.5ns的负脉冲，从而启动A／D转换器开始转换。启动转换后使SDOUT上的数据有效，然后单片机通过P2.0引脚连接A／D转换器SCLK，并向转换器发送8个时钟脉冲，与此同时AT89S52单片机通过P2.2口从SDOUT上读取14位转换的数据并进行数据处理，最后经无线发射器PTR20001的CS、DI、DO分别与AT89S52单片机的P1.2、P3.0、P3.1引脚连接，将无线监测传输模块采集到的数据传输至无线监测系统模块。
如图4所示，在无线监测系统模块中，PTR20002的VCC接入输入电压为5V的电源电压，PWR接入输入电压，形成控制开关，当PWR=1时为工作状态，PWR=0时处于待机状态；TXEN，令TXEN=1为发射状态，将信号接入MAX232的R1OUT，GND连接10uF的电容C后接地。在CS选择工作频道1，即433.92MHz，将DI数据输入端和DO数据输出端分别与MAX232的T1IN和R2OUT连接，经MAX232进行电平转换后，由MAX232的T1OUT和R1IN与PC机连接，最终将采集数据传入PC机。
如图5所示，图5为本发明的信号放大器电路图，信号放大电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、三极管、第一电感Le、第二电感LR、第一电容Ca、第二电容Cb和一个交流电压源，所述三极管的基极与传感器相连，集电极与第一电阻R1的一端相连，发射极与第一电感Le的一端相连，所述第一电阻R1的另一端接高电平，所述第一电感Le的另一端接地，所述第二电阻R2的一端与三极管的基极相连，另一端与交流电压源的正极相连，所述交流电压源的负极接地，第一电容Ca的一端与三极管的集电极相连，另一端与模数转换器相连，第二电容Cb并接在所述第一电感Le的两端，第二电感LR的一端与模数转换器、第一电容Ca相连，另一端接地；集电极电阻采用高频扼流第一电阻R1；第一电容Ca是隔直电容在工作频率处具有零电抗，且由第一电感Le和第二电容Cb组成并联网络。信号放大过程中信号放大器电流的导通角为360°，在正弦信号一周期内，电路的功率处于全导通工作状态，iC由直流分量iCQ和交流分量i组成，即令iC=iCQ+icoswt(i≤iCQ)，输出功率Po为：Po=1/2i2RL≤1/2iCQ 2LR；电源供给功率P1为：P1=iCQVCC≤VCC 2/LR；因此效率为：η=Po/P1=i2Le/2iCQVCC≤i2LR 2/2VCC 2，即达到了微信号的功率不失真放大，效率值保持在50%以上。
本发明的无线传输方法原理如下：采用先进的远距离无线射频识别技术和远程通讯技术方法，根据需要设置矿井下曳引轮绳槽采集处理传输分站，当检测到有达到曳引轮绳槽磨轮村损程度接近该磨损特殊值区域时，系统装置中的阅读器将加密数据载波信号经无线发射器向外发送，同时将加密的载有目标识别码的信息经无线发射器发射出去；无线接收器接收到标识卡发来的载波信号，经阅读器接收处理后，提取出目标识别码送至井下采集处理传输分站，采集处理传输分站立即通过终端传输装置以信息远程通讯协议的形式将数据信息传送至井上磨损情况检测系统地面中心站，再通过地面接收数据转换装置将采集的相关数据传送至上位监控主机，形成以井下监测、井上分析、数据无线传输的方式，达到检测无区域死角和全面覆盖的效果，以便管理人员及时的对反映出的曳引轮绳槽轮村磨损情况、地点位置进行分析，并采取积极的安全保障措施，实现对矿用曳引轮绳槽磨损情况的实时监测。
本发明的工作原理如下：在无线监测传输模块部分，从红外发射管发射出一定强度的红外光线，照射到导向轮轮村磨损临界点位置（临界点位置如图6所示，图中1为红外发射管IR333，2为光敏二极管HP-5FR2，3为磨损临界点），当导向轮轮村磨损程度达到临界点，则红外光线穿透导向轮轮村磨损临界点，到达红外线光敏二极管，通过红外线光敏二极管转换成电信号，电信号进入信号放大器进行放大；放大后的信号传输入一个分辨率为14位的A／D转换器，在14位的A／D转换器中，通过A／D转换器的SER/PAR和EXT/INT引脚直接置高电平,INVS/CLK引脚置低电平，使ADC以串口方式工作，同时使数据输出由外部时钟控制。由于A／D转换器是两个通道同时采样，所以给A/B置位以控制数据的输出顺序；通过AT89S52单片机控制使P2.5产生一个宽度不小于4.5ns的负脉冲，从而启动ADC开始转换，一般转换的时间约为2S；启动转换后，以使SDOUT上的数据有效，然后单片机通过P2.0经A／D转换器的SCLK引脚向A／D转换器发送8个时钟脉冲；与此同时AT89S52单片机通过P2.2口从SDOUT上读取14位转换的数据并进行数据处理，最后利用无线发射器PTR2000将无线监测传输模块采集到的数据传输至无线监测系统模块；无线监测系统模块部分，通过无线接收器PTR2000将实时监测数据采用天线接收后传入，其工作频率为国际通用的数传频段433MHZ，采用FSK调制/解调，由于电脑串口输出电压很高，直接连接会烧坏芯片，所以须通过MAX232来进行电平转换后与PC机连接，经监测导向轮轮村磨损状态的磨损监测系统运行后，最终实现采集数据的系统分析和整合运行，实时报送监测情况至管理决策层。
本发明通过对曳引轮绳槽轮村和曳引绳摩擦的失效形式、类型和机制进行系统分析，得出曳引轮绳槽的失效主要是由曳引轮绳槽轮村磨损的逐步累加所致，并通过检测出曳引轮绳槽的表面接触疲劳接点、磨粒磨损状态和氧化磨损程度等信息，提前诊断出达到磨损临界值的曳引轮和曳引绳，并以无线传输方式将采集的磨损状态信息，传输至企业管理平台或相关管理人员，无需工作人员再下井进行定期检查排除安全隐患，实现实时地、准确地、智能地对矿用曳引轮绳槽磨损情况进行预警，从而大大提高了矿井中曳引轮绳槽运行中的安全系数。

Claims (4)

1.一种基于物联网的设备磨损状态无线监测装置，其特征在于：包括无线监测传输模块和无线监测系统模块，所述无线监测传输模块包括依次相连的传感器、信号放大器、模数转换器、微处理器和无线发射器，传感器将采集到的信号送到信号放大器进行放大，放大后的信号由模数转换器转换成数字信号送到微处理器，由微处理器控制无线发射器发送，所述无线监测系统模块包括依次相连的无线接收器、电平转换器以及PC机，无线接收器接收来自无线发射器发送的信号并将信号送入电平转换器进行转换，转换后的信号送入PC机进行处理。
2.如权利要求1所述的基于物联网的设备磨损状态无线监测装置，其特征在于：所述信号放大器包括第一电阻、第二电阻、一个三极管、第一电感、第二电感、第一电容、第二电容和一个交流电压源，所述三极管的基极与传感器相连，集电极与第一电阻的一端相连，发射极与第一电感的一端相连，所述第一电阻的另一端接高电平，所述第一电感的另一端接地，第二电阻的一端与三极管的基极相连，另一端与交流电压源的正极相连，所述交流电压源的负极接地，第一电容的一端与三极管的集电极相连，另一端与模数转换器相连，第二电容并接在所述第一电感的两端，第二电感的一端与模数转换器、第一电容相连，另一端接地。
3.如权利要求1所述的基于物联网的设备磨损状态无线监测装置，其特征在于：所述传感器为红外线传感器。
4.如权利要求1所述的基于物联网的设备磨损状态无线监测装置，其特征在于：所述电平转换器为MAX232转换器。
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