CN104760813A - 基于激光测距的皮带检测报警装置 - Google Patents

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CN104760813A CN201510014055.2A CN201510014055A CN104760813A CN 104760813 A CN104760813 A CN 104760813A CN 201510014055 A CN201510014055 A CN 201510014055A CN 104760813 A CN104760813 A CN 104760813A
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刘毅
孙继平
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China University of Mining and Technology CUMT
China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
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    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G43/00—Control devices, e.g. for safety, warning or fault-correcting
    • B65G43/02—Control devices, e.g. for safety, warning or fault-correcting detecting dangerous physical condition of load carriers, e.g. for interrupting the drive in the event of overheating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G2203/00—Indexing code relating to control or detection of the articles or the load carriers during conveying
    • B65G2203/02—Control or detection
    • B65G2203/0266—Control or detection relating to the load carrier(s)

Abstract

本发明公开了一种基于激光测距的皮带检测报警装置，采用非接触式测量原理，有效避免行程开关测量受接触环境影响产生的漏报误报等故障。所述系统通过激光扫描测距设备扫描物料表面，获得激光头到物料表面的距离值，再通过距离值获得皮带的边缘位置，通过与装置标定时记录的皮带边缘位置进行比较处理，判定皮带是否跑偏，当发现皮带跑偏，通过发送脉冲控制信号通知皮带控制设备做出相应的动作，保护皮带设备不受损坏。本系统所用设备及原件极少，结构简单，检测可靠高，系统维护成本低、便于在各运输皮带使用行业中推广应用。

Description

基于激光测距的皮带检测报警装置
技术领域
本发明涉及一种基于激光测距的皮带检测报警装置，该装置涉及激光测距和通信等领域。
背景技术
运输皮带是物料短途运输的重要设备，广泛应用于矿山、农业、食品、烟草等生产行业。皮带跑偏是运输皮带作业过程中最为常见的故障，其危害性极大，主要影响有以下几个方面：皮带跑偏引起系统故障停机影响生产作业效率；易造成设备主要部件的非正常损坏；皮带跑偏造成的物料遗洒容易形成安全隐患。所以及时、准确地检测皮带跑偏具有非常重要的意义。目前皮带跑偏检测主要的方法是使用跑偏检测开关，即行程开关。使用时将行程开关成对安装于输送机头部或尾部，当皮带跑偏时皮带边缘接触压迫行程开关触头产生移动触发报警。跑偏检测开关是机械式开关，采用接触式检测方式，当其应用于如煤矿井下等较为恶劣的生产环境时，极易被煤尘、泥污、油泥等影响，易发生误报、漏报等故障。因此，跑偏检测开关的故障率较高。为保障跑偏检测开关正常工作，需专职人员人工对开关进行定期维护，使用的人力成本较高。
因此，目前需要一种采用非接触式检测原理的、运行可靠、便于实施、维护成本低的检测运输皮带跑偏的新方法与新设备。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于激光测距的皮带检测报警装置，采用非接触式检测原理，运行可靠且维护成本低。所述检测报警装置主要包括激光扫描测距单元、皮带测速单元、人机交互单元、存储单元、数据处理单元和通信单元。各单元具体功能如下：
1.激光扫描测距单元设备安装在运输皮带上方，激光扫描测距设备安装在每条运输皮带的对称轴线的正上方，安装高度应高于物料高度；同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带对称轴线和皮带底部切面，并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度，用于获取物料截面数据。
2.皮带测速单元设备直接或间接连接皮带滚筒轴，测量滚筒的转速，根据转速发送相应的脉冲信号连接皮带滚筒轴。
3.人机交互单元包括按键、显示屏和报警器，按键用于对检测相关参数进行设置操作，显示屏用于数据显示，报警器用于声光报警。
4.通信单元包括输入和输出端口，通过数据输入端口接收激光扫描测距单元设备的扫描数据，通过脉冲输入端口接收皮带测速单元设备的脉冲数据；将数据处理单元处理结果通过通信端口发送给其它监控管理设备，通过脉冲输出端口连接皮带控制设备，当皮带跑偏报警时通过皮带控制设备控制皮带停止运行。
5.存储单元负责存储皮带在正常状态下的边缘位置数据、检测相关参数等数据。
6.数据处理单元包括乘法器和比较器，乘法器用于处理皮带测速单元发送的脉冲信号；处理得到皮带速度；采用比较器处理元激光扫描测距单元设备的扫描数据得到皮带边缘位置；比较器还处理实时皮带边缘位置和标定位置数据，处理得到皮带是否跑偏的逻辑数据。
附图说明
图1基于激光测距的皮带检测报警装置示意图。
图2设备安装示意图。
图3检测报警实施过程示意图。
图4标定时激光扫描测距所采集的截面数据示意图。
图5皮带跑偏时激光扫描测距所采集的瞬时截面数据示意图。
具体实施方式
所述检测报警装置如图1所示实施例中，包括：
1.激光扫描测距单元(101)，采用测距距离大于5米的激光扫描测距仪(102)。
2.皮带测速单元(103)，采用光电转速传感器(104)，与皮带滚筒轴直接或间接相连，实时测量滚筒的转速。
3.通信单元(105)，包括输入端口(106)和输入端口(107)，数据输入端口接收激光扫描测距仪(102)发送的扫描数据可选用RS232、RS485、USB等标准端口。，脉冲输入端口接收光电转速传感器(104)的脉冲信。数据输出端口将数据发送给其它设备，可采用网络端口或现场总线端口，除有线端口外，也可使用无线通信方式；脉冲输出端口连接皮带控制设备(如PLC)，当皮带跑偏时发送脉冲信号控制皮带停止运转，保护相关设备。
4.人机交互单元(108)，包括显示屏(109)和按键(111)，显示屏采用两行点阵型LCD液晶显示模块，视域尺寸：60.5×18.0mm，54.8×18.3m。设计使用4个按键，采用独立按键式键盘，结合显示屏的显示介面，实现对检测相关参数进行设置操作的功能。报警器(112)具有喇叭和报警灯，实现声光报警功能。
5.存储单元(113)、采用1片24C512存储芯片(114)，24C512使用I2C总线通信，使用两个标准I/O接口加上拉电阻连接SCL和SDA管脚，实现处理器与存储芯片通信控制。存储芯片主要存储装置中与检测有关的参数，及标定时皮带的位置数据。
6.数据处理单元(115)，处理器(116)可选用TI公司的MSP430F147单片机。该型号为16位RISC结构，具有32k Flash，1kRAM；并有丰富的片内外围模块便于为通信单元提供硬件支持，内置乘法器便于数据运算处理。。
7.辅助电路(117)，除以上提到的各单元设备外，装置还包括电源电路等辅助电路和相关元件，为各单元设备元件提供支持，如在煤矿井下使用下所有元件及电路应符合本质安全要求。
激光扫描测距单元和皮带测速单元的安装位置参考图2：
1.激光扫描测距仪(102)安装在每条运输皮带的对称轴线的正上方，安装高度应高于物料高度；同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带对称轴线(201)和皮带底部切面(202)，并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度；。
2.光电转速传感器(104)直接或间接连接滚筒(203)的轴。
3.除激光扫描测距单元和皮带测速单元外的其他单元元件集中在装置壳体(204)内，装置壳体可安装在皮带测速单元所在滚筒的支架上。
检测报警的具体实施步骤如图3所示：
1.判断装置是否已经标定(301)，如未标定，则进行位置标定(302)，如已标定可直接检测。
2.位置标定(302)，标定时需对位置正常的皮带使用激光扫描测距单元设备进行扫描，获得皮带的边缘位置AL和AR，如图4所示，记录在存储单元中。过程如下：
a)数据处理单元处理激光扫描测距单元设备扫描获得皮带上物料的截面上部形状数据，数据为一组激光头到目标的距离值，大多激光扫描测距仪的扫描角度较大，一般都达到180度以上，最大可达到360度，为防止干扰，根据现场情况只截取皮带检测角度区域内的数据组成数组X(n)进行处理；
b)从X(0)开始向后逐个求相邻两数的差X(i)-X(i-1)，当发现某个差大于阈值G时X(i)-X(i-1)＞G，则结束比较并记录当前值在数组中的位置i，左边界位置AL＝i；
c)同理从X(n-1)开始向前重复以上过程，得到右边界位置AR。
3.(303)数据处理单元处理皮带测速单元设备上传的脉冲信号，通过公式vi＝s·p·L·π得到皮带移动速度vi，式中s为脉冲间隔时间，p为传感器分辨率即转一周的脉冲总数，L为滚筒直径。
4.(304)数据处理器单元处理激光扫描测距仪扫描获得皮带上物料的截面上部形状实时数据，使用以上提到的边缘检测方法得到实时皮带的边缘位置BL和BR，如图5所示。
5.(305)比较实时皮带的边缘位置BL、BR与已记录的皮带的边缘位置AL、AR，如|BR-AR|＞F，且|BL-AL|＞F，同时BR-AR与BL-AL正负号相同；如符合以上条件则触发皮带跑偏报警(306)，声光报警并在显示器显示相关信息，并向皮带控制设备发送控制信号。

Claims (6)

1.一种基于激光测距的皮带检测报警装置，其特征在于：装置主要包括激光扫描测距单元、皮带测速单元、人机交互单元、存储单元、数据处理单元和通信单元；激光扫描测距单元设备安装在运输皮带上方，用于获取物料截面数据；皮带测速单元设备连接皮带滚筒轴，用于获取皮带运动速度；人机交互单元包括按键、显示屏和报警器，按键用于对检测相关参数进行设置操作，显示屏用于数据显示，报警器用于声光报警；通信单元负责采集和发送数据；存储单元负责存储皮带在正常状态下的边缘位置数据、检测相关参数等数据；数据处理单元对激光扫描测距单元设备的扫描数据和皮带测速单元设备的信号或数据进行处理，得到皮带速度及皮带是否跑偏的逻辑数据。
2.如权利要求1所述的检测报警装置，其特征在于：激光扫描测距设备安装在每条运输皮带的对称轴线的正上方，安装高度应高于物料高度；同时激光扫描测距设备的扫描面应垂直于皮带对称轴线和皮带底部切面，并且需保证扫描测距范围大于皮带宽度。
3.如权利要求1所述的检测报警装置，其特征在于：皮带测速单元设备直接或间接连接皮带滚筒轴，测量滚筒的转速，根据转速发送相应的脉冲信号。
4.如权利要求1所述的检测报警装置，其特征在于：通信单元包括输入和输出端口，通过数据输入端口接收激光扫描测距单元设备的扫描数据，通过脉冲输入端口接收皮带测速单元设备的脉冲数据；将数据处理单元处理结果通过通信端口发送给其它监控管理设备，通过脉冲输出端口连接皮带控制设备，当皮带跑偏报警时通过皮带控制设备控制皮带停止运行。
5.如权利要求1所述的检测报警装置，其特征在于：数据处理单元处理激光扫描测距仪输出的数据，从序列指定的位置开始依次求相邻两个数据的差，当发现差值超过阈值时，则停止比较，并记录下当前数据在序列中的位置；用以上方法双向检测，可获得皮带的边缘位置。
6.如权利要求1所述的检测报警装置，其特征在于：数据处理单元将皮带边缘位置与预存的边缘位置数据进行差值比较，当差值超过阈值，则发出皮带跑偏警报。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106429301A (zh) * 2016-11-07 2017-02-22 中国矿业大学(北京) 基于超声波的皮带监测报警装置
CN110902313A (zh) * 2019-12-05 2020-03-24 天津成科传动机电技术股份有限公司 皮带轮廓检测、输送带流量检测方法、装置、设备及存储介质
CN110921240A (zh) * 2019-05-21 2020-03-27 湖南科技大学 带式输送机
CN112027565A (zh) * 2020-09-28 2020-12-04 武汉科技大学 一种皮带边缘检测的皮带跑偏报警急停的方法

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