CN108584351A - 一种预判皮带跑偏、纠偏的方法与系统 - Google Patents

一种预判皮带跑偏、纠偏的方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预判皮带跑偏、纠偏的方法与系统，其方法包含以下步骤：精确测量皮带运行时相对皮带机机架中心线的偏移量，分析偏移量变化趋势，形成皮带运行轨迹图；判断皮带不同的运行轨迹和状态，根据轨迹状态，设定纠偏逻辑、纠偏指令，由纠偏控制机构判断并输出相应的纠偏指令进行纠偏。纠偏系统设有纠偏检测机构、纠偏执行机构，纠偏执行机构设有纠偏托辊，纠偏托辊与电动推杆连接，电动推杆由电机驱动，电机由可编程逻辑控制器连接控制。本技术方案根据偏移量实时数据形成皮带运行轨迹图，预判皮带是否存在跑偏的趋势，在皮带跑偏报警前就能实现提前纠偏，同时也可对已经出现的皮带跑偏进行精细化全自动纠偏。

Description

一种预判皮带跑偏、纠偏的方法与系统
技术领域
本发明涉及物料输送领域皮带机的偏移量检测，确切地说是一种预判皮带跑偏、纠偏的方法与系统。
背景技术
皮带机作用是将物料进行远距离的传输，但是在皮带运输过程中，由于各种因素(天气/ 物料种类/落料点/皮带机机架变形等)的作用，皮带总是存在跑偏的情况，即皮带在运行时相对皮带机机架中心线的偏移量超出皮带机机架结构最大允许偏移量的情况。现有技术条件下，一般是运用跑偏开关对皮带的跑偏进行检测，一般有轻度跑偏和重度跑偏两个检测点，轻度跑偏为跑偏报警信号，提醒作业人员及时对跑偏皮带进行纠偏，重度跑偏为跑偏停机信号，起安全保护作用，在控制电路中用来切断皮带驱动电机的电源，直接使皮带机停止。
现有皮带纠偏的方式基本都是上下维度或左右维度或上下左右双维度调整纠偏托辊高低或纠偏托辊与皮带夹角来实现纠偏，但是纠偏都存在滞后性，都是皮带跑偏以后再去调节，如果皮带短时间即严重跑偏，无论是人力或者现有的自动纠偏装置都不能立即使跑偏的皮带得到纠正，同时纠偏不智能不精细，并不能完全满足生产企业对皮带运输稳定性的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是一种预判皮带跑偏、纠偏的方法与系统，该方法与系统可以解决现有皮带跑偏检测方式简单，纠偏不能精细化和纠偏滞后的问题，本发明提供了一种以精确测量皮带运行时相对皮带机机架中心线的偏移量实时数据为基础，通过数据分析，形成皮带运行轨迹图，预判皮带是否存在跑偏的趋势，进而在皮带跑偏报警前就能实现提前纠偏的方法和装置，使之成为一个完整的检测及纠偏系统，同时也可对已经出现的皮带跑偏进行精细化全自动纠偏。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：
一种预判皮带跑偏、纠偏的方法，包含以下步骤：
(1)皮带运行轨迹数据记录：是指根据皮带长度、运行一周所需时间，设定采样周期，记录皮带偏移量数据，精确测量皮带运行时相对皮带机机架中心线的偏移量，分析偏移量变化趋势，记录各种工况下皮带运行的大数据，形成皮带运行轨迹图；
(2)纠偏指令的设定及输出：对(1)数据进行收集后，进行分析，判断皮带不同的运行轨迹和状态，包括皮带运行平稳，皮带向某侧轻度偏移，皮带向某侧重度偏移即将跑偏，根据上述轨迹状态，设定纠偏逻辑，由纠偏控制机构根据设定的纠偏逻辑输出纠偏指令，纠偏指令包括纠偏的方向和精细化的纠偏量；
(3)纠偏指令的执行：根据实时监测的皮带运行数据与设定纠偏指令的数据的对比，由纠偏控制机构判断并输出相应的纠偏指令。
本技术方案针对现有皮带跑偏检测方式简单，纠偏不能精细化和纠偏滞后的问题，以精确测量皮带运行时相对皮带机机架中心线的偏移量实时数据为基础，通过数据分析，形成皮带运行轨迹图，预判皮带是否存在跑偏的趋势，进而在皮带跑偏报警前就能实现提前纠偏的方法和装置，使之成为一个完整的检测及纠偏系统，同时也可对已经出现的皮带跑偏进行精细化全自动纠偏。
进一步的优选技术方案如下：
所述的纠偏逻辑包括，以皮带中心线和皮带机机架中心线重合为皮带运行零点，皮带在运行中的偏移余量为参考值，以皮带中心线远离皮带机机架中心线的数值与参考值的比值为依据设定纠偏逻辑，皮带中心线远离皮带机机架中心线小于10％时，为正常运行区间，不执行纠偏操作；皮带中心线远离皮带机机架中心线数据在10％-40％时，为第1纠偏区，该区域定义为预纠偏区；皮带中心线远离皮带机机架中心线数据在40％-60％时，为第2纠偏区，在此区域内进行慢速纠偏；皮带中心线远离皮带机机架中心线数据在60％-80％时，为第3纠偏区，在此区域内进行快速纠偏；皮带中心线远离皮带机机架中心线80％以上时，为第4纠偏区，在此区域内进行快速大幅度纠偏。
所述的纠偏指令的设定及输出是根据皮带两侧同时记录的偏移量计算各自的平均值RP，分别设定纠偏逻辑；其中，R1表示某侧皮带在当前采样周期下的偏移量，R2表示该侧皮带在上个采样周期的偏移量，Rn表示该侧皮带在n个采样周期前的偏移量：
所述的平均值RP，若任意RP均在第1纠偏区，若任意RP在第1纠偏区，即预纠偏区域时，则把权利要求3所述的R1、R2…Rn和各自对应的采集时间t1、t2…tn作为两组变量，做线性回归分析，计算本时段里皮带偏移量和采样时间的线性拟合度(一般以R2表示)，若拟合度较高(一般要求R2＞0.8)，则认为皮带在本时段里的运行轨迹可以拟合为一条斜线，所述斜线的线性方程为：
以所述斜线作为皮带预期运行轨迹图，判定皮带偏移量进入权利要求3所述纠偏区域的时间，设定纠偏逻辑。
所述的纠偏系统设有纠偏检测机构、纠偏执行机构，纠偏执行机构设有纠偏托辊，纠偏托辊与电动推杆连接，电动推杆由电机驱动，电机由可编程逻辑控制器连接控制。
所述的纠偏检测机构安装在上行皮带边缘，纠偏执行机构安装在下行皮带处，纠偏托辊一侧边缘位置用销轴方式和电动推杆前段连接，电动推杆方向和皮带运行方向平行，电动推杆底座固定在皮带机机架上；纠偏检测机构和纠偏执行机构的电动推杆分别与纠偏控制机构电联接接。
所述的纠偏系统设有保护装置，保护装置设有2个行程开关，在皮带机机架结构允许纠偏托辊左右最大摆动角度范围内两侧各安装1个行程开关，2个行程开关均与纠偏控制机构电联接。
附图说明
图1是本发明的预判皮带跑偏、纠偏的方法的程序框架图。
图2是本发明的皮带由纠偏检测机构单侧传感器采集数据后形成的皮带运行轨迹图。
图3是本发明所涉及的皮带机主视图。
图4是本发明的纠偏检测机构结构立体图。
图5是本发明的纠偏检测机构主视图。
图6是本发明的偏检测机构俯视图。
图7是本发明的纠偏检测机构侧视图。
图8是本发明的纠偏控制和执行机构立体图。
图9是本发明的纠偏控制和执行机构主视图。
图10是本发明的纠偏控制和执行机构俯视图。
图11是本发明的纠偏控制和执行机构向左偏移时纠偏执行图。
附图标记说明：1－机架结构；2－主动滚筒；3－从动滚筒；4－皮带；5-上行托辊组； 6-下行托辊组；11-纠偏检测机构；12－纠偏控制机构；131－纠偏托辊组；132－推杆；133 －推杆步进电机；141－行程开关。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
参见图1、图3可知，一种预判皮带4跑偏、纠偏的方法，包含以下步骤：
(1)皮带4运行轨迹数据记录：是指根据皮带4长度、运行一周所需时间，设定采样周期，记录皮带4偏移量数据，精确测量皮带4运行时相对皮带4机机架中心线的偏移量，分析偏移量变化趋势，记录各种工况下皮带4运行的大数据，形成皮带4运行轨迹图；
(2)纠偏指令的设定及输出：对(1)数据进行收集后，进行分析，判断皮带4不同的运行轨迹和状态，包括皮带4运行平稳，皮带4向某侧轻度偏移，皮带4向某侧重度偏移即将跑偏，根据上述轨迹状态，设定纠偏逻辑，由纠偏控制机构12根据设定的纠偏逻辑输出纠偏指令，纠偏指令包括纠偏的方向和精细化的纠偏量；
(3)纠偏指令的执行：根据实时监测的皮带4运行数据与设定纠偏指令的数据的对比，由纠偏控制机构12判断并输出相应的纠偏指令。
参见图3，皮带4由上行托辊组5及下行托辊组6支撑运行。
所述的纠偏逻辑包括，以皮带4中心线和皮带4机机架中心线重合为皮带4运行零点，皮带4在运行中的偏移余量为参考值，以皮带4中心线远离皮带4机机架中心线的数值与参考值的比值为依据设定纠偏逻辑，皮带4中心线远离皮带4机机架中心线小于10％时，为正常运行区间，不执行纠偏操作；皮带4中心线远离皮带4机机架中心线数据在10％-40％时，为第1纠偏区，该区域定义为预纠偏区；皮带4中心线远离皮带4机机架中心线数据在40％-60％时，为第2纠偏区，在此区域内进行慢速纠偏；皮带4中心线远离皮带4机机架中心线数据在60％-80％时，为第3纠偏区，在此区域内进行快速纠偏；皮带4中心线远离皮带 4机机架中心线80％以上时，为第4纠偏区，在此区域内进行快速大幅度纠偏。
参见图2，是皮带由纠偏检测机构单侧传感器采集数据后形成的皮带运行轨迹图。
所述的纠偏指令的设定及输出是根据皮带4两侧同时记录的偏移量计算的平均值RP，分别设定纠偏逻辑：
利用上式，求出RP1表示左侧偏移平均值，RP2表示右侧偏移平均值。
所述的平均值RP，若任意RP均在第1纠偏区，则对RP1、RP2进行整体线性分析，线性度大于0.8时，则认为皮带4在本区间里线性度较高，可以用来预判皮带4运行趋势，利用线性方程：y＝kx+b，形成皮带4预期运行轨迹图，预判皮带4继续运行时间TX后，皮带4预测偏移量RY将会进入第二纠偏区，设定纠偏逻辑。其中，R1、R2…Rn和各自对应的采集时间t1、t2…tn作为两组变量，做线性回归分析，计算本时段里皮带4偏移量和采样时间的线性拟合度(一般以R2表示)，若拟合度较高(一般要求R2＞0.8)，则认为皮带4在本时段里的运行轨迹可以拟合为一条斜线，所述斜线的线性方程为：
参见图3、图8、图9、图10及图11，所述的纠偏系统设有纠偏检测机构11、纠偏执行机构，纠偏执行机构设有纠偏托辊，纠偏托辊与电动推杆132连接，电动推杆132由电机驱动，电机由可编程逻辑控制器连接控制。
所述的纠偏检测机构11安装在上行皮带4边缘，纠偏执行机构安装在下行皮带4处，纠偏托辊一侧边缘位置用销轴方式和电动推杆132前段连接，电动推杆132方向和皮带4运行方向平行，电动推杆132底座固定在皮带4机机架上；纠偏检测机构11和纠偏执行机构的电动推杆132分别与纠偏控制机构12电联接接。
所述的纠偏系统设有保护装置，保护装置设有2个行程开关141，在皮带4机机架结构1 允许纠偏托辊左右最大摆动角度范围内两侧各安装1个行程开关141，2个行程开关141均与纠偏控制机构12电联接。
皮带4运行机构包括机架结构1，主动滚筒2，从动滚筒3，皮带4绕行主动滚筒2和从动滚筒3，还包括支持上行皮带4运行的托辊组和下行皮带4运行的托辊组。在上行皮带4 处安装纠偏检测机构11，在机架结构1外安装有纠偏控制机构12，纠偏托辊组131，推杆132，推杆步进电机133，纠偏托辊组131与推杆132通过销轴连接，推杆132与推杆步进电机133 通过机械减速器连接，纠偏托辊组131边缘两侧安装行程开关141。
纠偏检测机构11将皮带4偏移量以编码方式传输给纠偏控制机构12PLC的输入模块，纠偏控制机构12通过内部逻辑判断，由纠偏控制机构12的输出模块输出精确的纠偏信号，纠偏执行机构的推杆132电机按要求精确运行，推动推杆132伸缩，带动纠偏托辊组131摆动一定角度完成纠偏动作。
行程开关141和限定纠偏托辊组131的最大摆动角度，起保护作用，防止纠偏托辊组131 的摆动角度超出皮带4机机架结构1所允许的最大范围。
参见图4、图5、图6及图7，纠偏检测机构11将皮带4偏移量通过编码方式实时传输给纠偏控制机构12的PLC，PLC的数据处理单元CPU将所收集的数据一方面短时间缓存，用于计算和显示；另一方面通过服务器建立SQL数据库长时间存储，形成可以对各参数进行对比的大数据，便于不同的皮带4设备在采用本系统时可以参照对比，方便参数的调节。
以1800mm宽皮带4机支架承载1600mm宽皮带4为例，皮带4在运行中左右各有100mm偏移余量，皮带4偏移超出此余量为皮带4跑偏。
设置以下多个精细化纠偏区域，以皮带4中心线和皮带4机机架中心线重合为皮带4运行零点，皮带4中心线远离皮带4机机架中心线10％(即皮带4偏移10mm以内)，为正常运行区间，不执行纠偏操作；10％-40％(即皮带4偏移量10-40mm)为第1纠偏区，该区域定义为预纠偏区；皮带4中心线远离皮带4机机架中心线40％-60％(即皮带4偏移量 40mm-60mm)为第2纠偏区，在此区域内进行慢速纠偏；皮带4中心线远离皮带4机机架中心线60％-80％(即皮带4偏移量60mm-80mm)为第3纠偏区，在此区域内进行快速纠偏；皮带4中心线远离皮带4机机架中心线80％以上(即皮带4偏移量80mm以上，皮带4即将或已经轻度跑偏)为第4纠偏区，在此区域内进行快速大幅度纠偏。
综合考虑皮带4运行速度及长度，每0.1秒采集一次皮带4偏移量数据，由于纠偏检测机构11在皮带4的左右两侧各有一个检测传感器，当皮带4向一侧偏移时，将有一组偏移量数值为0，另一组将采集到偏移量数据，因为皮带4边缘破损、缺口等因素，会存在上下波动，皮带4纠偏控制机构12收集一定时间长度(本实施例按皮带4运行周期设置为20秒，采用5秒)内的偏移量数据，求平均值。
若任意平均值在第2、3、4纠偏区域里，说明皮带4已经进入纠偏区域，则开始由纠偏控制机构12驱动推杆132进行纠偏。
若任意平均值均在第一纠偏区，则对、进行整体线性分析，线性度大于0.8时，则认为皮带4在本区间里线性度较高，可以用来预判皮带4运行趋势，求取这些值的线性方程，由此形成皮带4预期运行轨迹图，可预判皮带4继续运行多长时间后，皮带4预测偏移量为多大，并将会进入第二纠偏区，纠偏控制机构12驱动推杆132进行预纠偏。
同时以检测传感器采集到非0数值为依据，判断皮带4已经或者预期偏移需要纠偏的方向。
本实施例通过预先判断皮带4跑偏趋势，精细化调整纠偏执行机构推杆132电机的运行方向、时间、转速，带动纠偏托辊精细化摆动，完成皮带4机的纠偏动作，可避免纠偏不及时和纠偏过量导致的皮带4划伤撕扯等严重后果，同时也避免了纠偏过程中，反复纠偏造成的皮带4震荡，可以高效的实现皮带4机的全自动定量化精细化超前纠偏。
由于以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到本技术方案技术特征的等同的变化或替代，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种预判皮带跑偏、纠偏的方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)皮带运行轨迹数据记录：是指根据皮带长度、运行一周所需时间，设定采样周期，记录皮带偏移量数据，精确测量皮带运行时相对皮带机机架中心线的偏移量，分析偏移量变化趋势，记录各种工况下皮带运行的大数据，形成皮带运行轨迹图；
(2)纠偏指令的设定及输出：对(1)数据进行收集后，进行分析，判断皮带不同的运行轨迹和状态，包括皮带运行平稳，皮带向某侧轻度偏移，皮带向某侧重度偏移即将跑偏，根据上述轨迹状态，设定纠偏逻辑，由纠偏控制机构根据设定的纠偏逻辑输出纠偏指令，纠偏指令包括纠偏的方向和精细化的纠偏量；
(3)纠偏指令的执行：根据实时监测的皮带运行数据与设定纠偏指令的数据的对比，由纠偏控制机构判断并输出相应的纠偏指令。
2.根据权利要求1所述的预判皮带跑偏、纠偏的方法，其特征在于：所述的纠偏逻辑包括，以皮带中心线和皮带机机架中心线重合为皮带运行零点，皮带在运行中的偏移余量为参考值，以皮带中心线远离皮带机机架中心线的数值与参考值的比值为依据设定纠偏逻辑，皮带中心线远离皮带机机架中心线小于10％时，为正常运行区间，不执行纠偏操作；皮带中心线远离皮带机机架中心线数据在10％-40％时，为第1纠偏区，该区域定义为预纠偏区；皮带中心线远离皮带机机架中心线数据在40％-60％时，为第2纠偏区，在此区域内进行慢速纠偏；皮带中心线远离皮带机机架中心线数据在60％-80％时，为第3纠偏区，在此区域内进行快速纠偏；皮带中心线远离皮带机机架中心线80％以上时，为第4纠偏区，在此区域内进行快速大幅度纠偏。
3.根据权利要求1所述的预判皮带跑偏、纠偏的方法，其特征在于：所述的纠偏指令的设定及输出是根据皮带两侧同时记录的偏移量计算各自的平均值RP，分别设定纠偏逻辑；其中，R1表示某侧皮带在当前采样周期下的偏移量，R2表示该侧皮带在上个采样周期的偏移量，Rn表示该侧皮带在n个采样周期前的偏移量：
4.根据权利要求3所述的预判皮带跑偏、纠偏的方法，其特征在于：所述的平均值RP，若任意RP在第1纠偏区，即预纠偏区域时，则把权利要求3所述的R1、R2…Rn和各自对应的采集时间t1、t2…tn作为两组变量，做线性回归分析，计算本时段里皮带偏移量和采样时间的线性拟合度，以R2表示，若拟合度较高，要求R2＞0.8，则认为皮带在本时段里的运行轨迹可以拟合为一条斜线，所述斜线的线性方程为：
以所述斜线作为皮带预期运行轨迹图，判定皮带偏移量进入权利要求3所述纠偏区域的时间，设定纠偏逻辑。
5.根据权利要求1所述的预判皮带跑偏、纠偏的方法的纠偏系统，其特征在于：所述的纠偏系统设有纠偏检测机构、纠偏执行机构，纠偏执行机构设有纠偏托辊，纠偏托辊与电动推杆连接，电动推杆由电机驱动，电机由可编程逻辑控制器连接控制。
6.根据权利要求5所述的预判皮带跑偏、纠偏的方法的纠偏系统，其特征在于：所述的纠偏检测机构安装在上行皮带边缘，纠偏执行机构安装在下行皮带处，纠偏托辊一侧边缘位置用销轴方式和电动推杆前段连接，电动推杆方向和皮带运行方向平行，电动推杆底座固定在皮带机机架上；纠偏检测机构和纠偏执行机构的电动推杆分别与纠偏控制机构电联接接。
7.根据权利要求5所述的预判皮带跑偏、纠偏的方法的纠偏系统，其特征在于：所述的纠偏系统设有保护装置，保护装置设有2个行程开关，在皮带机机架结构允许纠偏托辊左右最大摆动角度范围内两侧各安装1个行程开关，2个行程开关均与纠偏控制机构电联接。
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