CN108609346A - 皮带运输机智能托辊系统 - Google Patents

Abstract

一种皮带运输机智能托辊系统，包括交流发电单元、整流稳压充电单元、传感器单元、信号处理及无线收发单元和托辊状态信息接收管理单元；交流发电单元与整流稳压充电单元连接，传感器单元、信号处理及无线收发单元和托辊状态信息接收管理单元均与整流稳压充电单元连接；信号处理及无线收发单元与传感器单元以及托辊状态信息接收管理单元连接。本发明通过皮带运输机中托辊外筒的转动转换为电能，通过传感器单元取样电信号以及托辊外筒内的温度变化，从而间接获得托辊的运动状态信息，对于托辊运行状态信息进行分析处理，可及时发现每一个存在故障的托辊，提前完成对故障的干预处理，避免产生大的安全事故，具有判断准确、效率高的特点。

Description

皮带运输机智能托辊系统

技术领域

本发明涉及一种用于皮带运输机的托辊系统，属于托辊技术领域。

背景技术

托辊是皮带运输的必备单元且用量庞大，托辊的结构参见图1，包括外筒3和支撑轴1，外筒3的两端通过轴承2安装在支撑轴1上，支撑轴1固定安装在支架上，若干托辊及运行与其上的皮带构成皮带运输机，当皮带运动时，托辊外筒3就会转动。

在工作过程中托辊的运行状态出现问题是非常经常和普遍的事。当运输物料或其他异物撒入轴承必然造成轴承的运转不畅阻力增大从而导致轴承温度升高，必然加剧生产过程的安全隐患；同时，如果托辊因其他原因无法转动必然造成皮带与托辊的直接滑动摩擦，皮带的使用寿命将会大大受到影响。因此，实际的生产过程中必须能够获取托辊的运行状态信息，从而提前完成对故障的干预处理，避免产生大的安全事故。目前，关于托辊运行状态的获取是通过人工巡查的方式来获取，既不准确效率也低。

中国专利文献CN205441831U公开了一种智能托辊系统，在托辊上设有信号发射器，对应于信号发射器设有信号接收器、信号转换存储器及中央处理器，其中，信号发射器与信号接收器无线连接，信号接收器与信号转换存储器连接，信号转换存储器与中央处理器连接，对应于信号发射器还设有写码器。该智能托辊系统虽然可以随时将托辊的运转状态数据传递给中央控制管理系统，但是并不能判断托辊轴承是否损坏，是否需要更换整个托辊。

发明内容

本发明针对现有皮带运输机中托辊运行状态获取技术存在的不足，提供一种能够自行分析运行状态并传输的皮带运输机智能托辊系统。

本发明的皮带运输机智能托辊系统，采用以下技术方案：

该智能托辊系统，包括外筒和支撑轴，外筒的两端通过轴承安装在支撑轴上，还包括交流发电单元、整流稳压充电单元、传感器单元、信号处理及无线收发单元和托辊状态信息接收管理单元；交流发电单元、整流稳压充电单元、传感器单元和信号处理及无线收发单元均设置在外筒内，整流稳压充电单元与交流发电单元连接，传感器单元、信号处理及无线收发单元和托辊状态信息接收管理单元均与整流稳压充电单元连接，传感器单元与信号处理及无线收发单元连接，信号处理及无线收发单元与托辊状态信息接收管理单元无线连接。

所述交流发电单元，由永磁体、绝缘筒和线圈组成，线圈缠绕在绝缘筒上，绝缘筒固定安装在托辊支撑轴上，永磁体固定在托辊外筒内侧。

所述整流稳压充电单元，由依次连接的精密整流电路、阻容滤波电路、高压吸收电路、限流稳压电路和微型锂电池组成，各部分均为现有技术。

所述传感器单元，包括两个温度传感器和一个速度感测器，两个温度传感器分别贴装在外筒两端的轴承壁上，用于测量轴承壁上的温度；速度感测器检测交流发电单元产生的电压信号，获取滚筒的转动速度和加速度信息。

所述信号处理及无线收发单元，接收并分析传感器单元的信号，利用多传感器信息融合算法判断托辊的运行状态，并将这些信息以无线方式发送至托辊状态信息接收管理单元，同时还接受来自其它托辊中信号处理及无线收发单元的信息。所述多传感器信息融合算法是利用托辊轴承当前的温度、托辊外筒的转动速度和加速度信号作为输入，利用强化神经网络学习数据融合算法判断托辊的运行状态。

所述托辊状态信息接收管理单元，由无线收发模块和工控机构成，无线收发模块与工控机连接，无线收发模块用于接受信号处理及无线收发单元发来的托辊状态信息，工控机对托辊状态信息进行管理、故障预警和报警，并通过深度学习算法实现皮带运输机每一个托辊中信号处理及无线收发单元的最优路径组网，同时具有定义末端托辊的信号处理及无线收发单元特定标识码的功能。

所述托辊状态信息接收管理单元中最优路径组网的过程如下所述：

整个皮带运输机的每个托辊中的信号处理及无线收发单元具有一个唯一的标识码，一个信号处理及无线收发单元为一个节点，组网请求由托辊状态信息接收管理单元发起，收到组网请求信号的节点将组网请求信号以及自己的标识码一同发出，托辊状态信息接收管理单元收到所有节点返回的信息后，将所有标识码及组网请求信号再次发送，上次收到信号的这些节点收到这些信息(标识码及组网请求信号)之后重新发送组网请求信号及自己的标识码，当这些节点再次收到组网请求信号及相应的标识码时与来自托辊状态信息接收管理单元的标识码比较，其中的不一致的标识码去掉，最终将自己以及收到的标识码返回给托辊状态信息接收管理单元，这样每一个节点及它们的相对拓扑关系就由托辊状态信息接收管理单元确定，从而将它们形成一个串联的网络，之后组网请求信号再经由末端的节点发出，重复上述过程，则下一组节点拓扑结构及串联网络也能够确定，直至最末端的节点，组网结束，网络将以此拓扑结构运行；当网络运行出现故障时，托辊状态信息接收管理单元会重新发出组网请求，瘫痪的节点也就定位了。

本发明通过皮带运输机中托辊外筒的转动转换为电能，通过传感器单元取样电信号以及托辊外筒内的温度变化，从而间接获得托辊的运动状态信息，对于托辊运行状态信息进行分析处理，可及时发现每一个存在故障的托辊，提前完成对故障的干预处理，避免产生大的安全事故，具有判断准确、效率高的特点。

附图说明

图1是本发明皮带运输机智能托辊系统的结构原理示意图。

其中：1.托辊支撑轴，2.轴承，3.外筒，4.绝缘筒，5.永磁体，6.线圈，7.交流发电单元，8.整流稳压充电单元，9.传感器单元，10.信号处理及无线收发单元，11.无线收发模块，12.工控机，13.托辊状态信息接收管理单元。

具体实施方式

本发明的皮带运输机智能托辊系统，如图1所示，主要包含：交流发电单元7、整流稳压充电单元8、传感器单元9、信号处理及无线收发单元10和托辊状态信息接收管理单元13。交流发电单元7与整流稳压充电单元8连接。传感器单元9、信号处理及无线收发单元10和托辊状态信息接收管理单元13均与整流稳压充电单元8连接，以获取电能。

交流发电单元7，由永磁体5、绝缘筒4和线圈6组成，线圈6缠绕在绝缘筒4上，绝缘筒4安装在托辊支撑轴1上，固定不动，永磁体5固定安装在托辊外筒3的内壁上。当皮带运动时，托辊外筒3随之转动，绕在绝缘筒4上的线圈6与固定在托辊外筒3上的永磁体5产生相对运动，根据电磁感应定律，线圈6的两端会产生交变的电流，这将为传感器单元9、信号处理及无线收发单元10和托辊状态信息接收管理单元13提供所需的电能，保证了运动的托辊可以无需外接电源而能够不受限制地长时、可靠工作。

整流稳压充电单元8，由依次连接的精密整流电路、阻容滤波电路、高压吸收电路、限流稳压电路和微型锂电池组成，各部分均为现有技术。由于交流发电单元发出的是交流电，因此需要经过精密整流电路将交流变为脉动直流电，再经过阻容滤波电路得到需要的可用的直流信号，阻容滤波电路中的电阻用来做保护，若后面出现故障导致过流，则电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。高压吸收电路，主要是吸收开关管关断时线圈上的感应电压，从而防止高压击穿开关管。限流稳压电路起到限流稳压作用。充电器是采用高频电源技术，运用先进的智能动态调整充电技术。

传感器单元9，包括2个温度传感器和一个速度感测器，温度传感器分别贴装在托辊外筒3内轴承壁上，用于测量轴承壁上的温度，间接获取外筒3与支撑轴1两端轴承的状态信息；速度感测器利用微型电压互感器检测交流发电单元产生的电压信号，间接获取滚筒的转动速度和加速度信息。便于信号处理及无线收发单元10对于托辊运行状态信进行分析。当外筒3与支撑轴1之间的轴承2出现异常，外筒3的转动速度异常或者甚至无法转动产生滑动摩擦时，取样所得的信号也会随之而发生变化，从而间接获得托辊的运动状态信息。

信号处理及无线收发单元10，采用含有CPU内核、AD转换模块及无线收发模块的NRF24LE1芯片(模块开发套件)。该单元与传感器单元9以及托辊状态信息接收管理单元13连接，用于接收各传感器的信号，通过分析传感器单元9中温度传感器和速度感测器的信号，利用轴承当前的温度、托辊外筒的转动速度、加速度信号作为输入，利用强化神经网络学习数据融合算法判断托辊的运行状态，并将这些信息以无线方式发送给托辊状态信息接收管理单元13(具体是托辊状态信息接收管理单元13中的无线收发模块11)，同时还接受来自其它托辊的信息。

托辊状态信息接收管理单元13，由基于NRF24LE1的无线收发模块11和工控机12构成，无线收发模块11与工控机12连接，无线收发模块11用于接受信号处理及无线收发单元10发来的托辊状态信息，工控机12对托辊状态信息进行管理、故障预警和报警，并通过深度学习算法实现整个皮带运输机所有托辊上的信号处理及无线收发单元之间的最优路径组网。同时具有定义末端托辊的信号处理及无线收发单元特定标识码的功能。

托辊状态信息接收管理单元13的最优路径组网的过程如下所述：

整个皮带运输机的每个托辊中的信号处理及无线收发单元10都设定一个唯一的64位标识码，一个信号处理及无线收发单元10具有一个唯一的64位标识码，一个信号处理及无线收发单元10为一个节点，组网请求是由托辊状态信息接收管理单元13发起，组网请求信息经无线收发模块11发出，收到组网请求信号的信号处理及无线收发单元10(节点)会将组网请求信号以及自己的标识码一同发出，托辊状态信息接收管理单元13收到所有节点返回的信息后，会将所有标识码及组网请求信号再次发送，上次收到信号的这些节点会收到这些信息；之后，这些节点会重新发送组网请求信号及自己的标识码，当这些节点再次收到组网请求信号及相应的标识码时会与来自托辊状态信息接收管理单元13的标识码比较，其中的不一致的标识码去掉，最终将自己以及收到的标识码返回给托辊状态信息接收管理单元13，这样每一个节点及它们的相对拓扑关系就可以由托辊状态信息接收管理单元13确定，从而将它们形成一个串联的网络，之后组网请求信号再经由末端的节点发出，重复上述过程，则下一组节点拓扑结构及串联网络也可以确定，直至最末端的节点，组网结束，网络将会以此拓扑结构运行；当网络运行出现故障时，托辊状态信息接收管理单元13会重新发出组网请求，瘫痪的节点也就很容易定位了。

本发明采取独有的自组网技术(最优路径组网)完成对所有托辊的运行状态信息的接力上传，从而避免了在整个皮带运输机首尾间每隔十多米就需要布置安装一台接收机的问题，大大节约了系统的成本及安装成本。

Claims (7)

1.一种皮带运输机智能托辊系统，包括外筒和支撑轴，外筒的两端通过轴承安装在支撑轴上，其特征是：还包括交流发电单元、整流稳压充电单元、传感器单元、信号处理及无线收发单元和托辊状态信息接收管理单元；交流发电单元、整流稳压充电单元、传感器单元和信号处理及无线收发单元均设置在外筒内，整流稳压充电单元与交流发电单元连接，传感器单元、信号处理及无线收发单元和托辊状态信息接收管理单元均与整流稳压充电单元连接，传感器单元与信号处理及无线收发单元连接，信号处理及无线收发单元与托辊状态信息接收管理单元无线连接。

2.根据权利要求1所述的皮带运输机智能托辊系统，其特征是：所述交流发电单元，由永磁体、绝缘筒和线圈组成，线圈缠绕在绝缘筒上，绝缘筒固定安装在托辊支撑轴上，永磁体固定在托辊外筒内侧。

3.根据权利要求1所述的皮带运输机智能托辊系统，其特征是：所述传感器单元，包括两个温度传感器和一个速度感测器，两个温度传感器分别贴装在外筒两端的轴承壁上，用于测量轴承壁上的温度；速度感测器检测交流发电单元产生的电压信号，获取滚筒的转动速度和加速度信息。

4.根据权利要求1所述的皮带运输机智能托辊系统，其特征是：所述信号处理及无线收发单元，接收并分析传感器单元的信号，利用多传感器信息融合算法判断托辊的运行状态，并将这些信息以无线方式发送至托辊状态信息接收管理单元，同时还接受来自其它托辊中信号处理及无线收发单元的信息。

5.根据权利要求4所述的皮带运输机智能托辊系统，其特征是：多传感器信息融合算法是利用托辊轴承当前的温度、托辊外筒的转动速度和加速度信号作为输入，利用强化神经网络学习数据融合算法判断托辊的运行状态。

6.根据权利要求1所述的皮带运输机智能托辊系统，其特征是：所述托辊状态信息接收管理单元，由无线收发模块和工控机构成，无线收发模块与工控机连接，无线收发模块用于接受信号处理及无线收发单元发来的托辊状态信息，工控机对托辊状态信息进行管理、故障预警和报警，并通过深度学习算法实现皮带运输机每一个托辊中信号处理及无线收发单元的最优路径组网，同时具有定义末端托辊的信号处理及无线收发单元特定标识码的功能。

7.根据权利要求6所述的皮带运输机智能托辊系统，其特征是：所述托辊状态信息接收管理单元中最优路径组网的过程，是：

整个皮带运输机的每个托辊中的信号处理及无线收发单元具有一个唯一的标识码，一个信号处理及无线收发单元为一个节点，组网请求由托辊状态信息接收管理单元发起，收到组网请求信号的节点将组网请求信号以及自己的标识码一同发出，托辊状态信息接收管理单元收到所有节点返回的信息后，将所有标识码及组网请求信号再次发送，上次收到信号的这些节点收到这些信息之后重新发送组网请求信号及自己的标识码，当这些节点再次收到组网请求信号及相应的标识码时与来自托辊状态信息接收管理单元的标识码比较，其中的不一致的标识码去掉，最终将自己以及收到的标识码返回给托辊状态信息接收管理单元，这样每一个节点及它们的相对拓扑关系就由托辊状态信息接收管理单元确定，从而将它们形成一个串联的网络，之后组网请求信号再经由末端的节点发出，重复上述过程，则下一组节点拓扑结构及串联网络也能够确定，直至最末端的节点，组网结束，网络将以此拓扑结构运行；当网络运行出现故障时，托辊状态信息接收管理单元会重新发出组网请求，瘫痪的节点也就定位了。