CN111285052A

CN111285052A - 皮带物料流控制系统

Info

Publication number: CN111285052A
Application number: CN202010180504.1A
Authority: CN
Inventors: 孙丰凯; 杨晟晔
Original assignee: Hebei Jinbo Jiayuan Measurement And Control Technology Co Ltd
Current assignee: BEIJING JINDE CHUANGYE CONTROL TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-06-16

Abstract

一种皮带物料流控制系统，包括驱动电机、托辊、传送带、固定支架、3D雷达扫描器、速度传感器、放射性密度计、控制器以及上位机，驱动电机用于驱动传送带转动，传送带设于托辊上，3D雷达扫描器固定于固定支架上并且位于传送带上方；3D雷达扫描器、速度传感器、放射性密度计、驱动电机分别与控制器通信连接，控制器与上位机通信连接；3D雷达扫描器用于测量物料的3D轮廓线信息；速度传感器用于测量传送带的速度信息；放射性密度计用于测量物料的密度信息；控制器用于根据物料质量或者物料体积选择性控制驱动电机的转速。如此，可以精确测量传送带物料的数据并控制传送带速度，使皮带物料流到达最佳，并实现节能降耗，延长皮带机寿命。

Description

皮带物料流控制系统

技术领域

本发明涉及散状物料输送控制领域，具体涉及一种皮带物料控制系统。

背景技术

散状物料输送皮带在工业领域的应用越来越广泛，对皮带上的物料流量的控制要求越来越高，对于跑偏、洒料、皮带撕裂、堵料、物料增多或减少这些经常发生的问题，目前需要人工巡检或者通过视频技术在主控室通过人工观察，但是因为散状物料在输送过程中，有大量的粉尘干扰，导致这些技术并不能实现自动控制。由于现代工厂的人工成本越来越高，自动化、信息化程度越来越高，所以对皮带物料面的数据采集也越来越精确。若要是皮带物料流达到最佳值，需要精确采集皮带物料面的数据，即需要测量物料面上每个点的高度，由点及面测得整个物料面的图形，从而判断物料的分布，再根据物料的分布情况调节供料速度，进而使皮带物料流达到最佳，进而实现节约能耗，减少皮带磨损的目的。同时通过对皮带物料流量与质量的计算控制，达到自动配料和计量的作用。

目前实现对皮带物料流的控制方法，主要是通过人工巡检，安装跑偏开关、料流开关等技术，但是由于现场环境多数比较恶劣，皮带又处于高速运行状态，传统测量方式，如：激光测量、声波测量以及雷达测量，不仅有较大环境局限性，而且不能全面、连续的测量物料形态，给皮带物料流量控制带来很大难度；而采用人工方式控制增减皮带上物料量，即无法做到精准，又增加了皮带的磨损，同时也增加了人工成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种皮带物料流控制系统，能够精确测量传送带物料的数据，并结合该数据控制传送带速度，使皮带物料流到达最佳，进而实现节约能耗，减少皮带磨损的目的。

为达成上述目的，本发明提供的一种皮带物料流控制系统，其特征在于，所述系统包括驱动电机、托辊、传送带、固定支架、3D雷达扫描器、速度传感器、放射性密度计、控制器以及上位机，所述驱动电机用于驱动所述传送带转动，所述传送带设于所述托辊上，所述3D雷达扫描器固定于所述固定支架上并且位于所述传送带上方；所述3D雷达扫描器、速度传感器、放射性密度计、驱动电机分别与所述控制器通信连接，所述控制器与所述上位机通信连接；

所述3D雷达扫描器，用于测量所述传送带上物料的3D轮廓线信息；

所述速度传感器，用于测量所述传送带的速度信息；

所述放射性密度计，用于测量所述传送带上物料的密度信息；

所述控制器，用于根据所述3D轮廓线信息、速度信息和密度信息，获取预定时间段内的物料质量，并将所述物料质量与预设的物料质量阈值进行比较，根据比较结果选择性控制所述驱动电机；或者

用于根据所述3D轮廓线信息和速度信息，获取预定时间段内的物料体积，并将所述物料体积与预设的物料体积阈值进行比较，根据比较结果选择性控制所述驱动电机。

在一实施例中，“将所述物料质量与预设的物料质量阈值进行比较，根据比较结果选择性控制所述驱动电机”具体包括：

将所述物料质量与预设的物料质量阈值进行比较；

在所述物料质量小于所述物料质量阈值时，减小所述驱动电机转速；

在所述物料质量大于所述物料质量阈值时，增大所述驱动电机转速。

在一实施例中，“将所述物料体积与预设的物料体积阈值进行比较，根据比较结果选择性控制所述驱动电机”具体包括：

将所述物料体积与预设的物料体积阈值进行比较；

在所述物料体积小于所述物料体积阈值时，减小所述驱动电机转速；

在所述物料体积大于所述物料体积阈值时，增大所述驱动电机转速。

在一实施例中，“根据所述3D轮廓线信息、速度信息和密度信息，获取预定时间段内的物料质量”具体包括：

根据所述3D轮廓线信息和所述传送带空载时的轮廓，获取所述物料的横截面积信息；

根据所述横截面积信息、速度信息和密度信息，获取所述时间段内的物料质量，其中，按照下式所示的方法获取所述时间段内的物料质量：

M＝ρ×S×v×t

其中，M表示物料质量，ρ表示物料的密度信息，S表示物料的横截面积信息，v表示传送带的速度信息，t表示预设的时间段。

在一实施例中，“根据所述3D轮廓线信息和速度信息，获取预定时间段内的物料的物料体积”具体包括：

根据所述横截面积信息和速度信息，获取所述时间段内的物料体积，其中，按照下式所示的方法获取所述时间段内的物料体积：

N＝S×v×t

其中，N表示物料体积，S表示物料的横截面积信息，v表示传送带的速度信息，t表示预设的时间段。

在一实施例中，所述3D雷达扫描器包括3至7个天线收发探头，各所述天线收发探头根据所述传送带宽度，并按照等分角度地以桥式安装方式固定于所述固定支架上。

在一实施例中，所述3D雷达扫描器包括测距雷达，所述系统包括3至7个所述测距雷达，各所述测距雷达根据所述传送带宽度，并按照等分角度地以桥式安装方式固定于所述固定支架上；或者，

所述3D雷达扫描器为具有扫描功能的激光雷达，所述激光雷达安装在所述传送带中心线正上方的所述固定支架上。

在一实施例中，所述控制器记录所述传送带中心线信息，所述控制器进一步地用于：

根据所述3D轮廓线信息，构建物料的3D成像信息；

根据所述3D成像信息中物料最高点和所述中心线信息，获取所述传送带的跑偏量；

将所述跑偏量与预设的跑偏阈值进行比较，并在所述跑偏量大于所述跑偏阈值时向所述上位机发出跑偏报警信息。

在一实施例中，所述放射性密度计为Na-22放射源的放射性密度计，所述Na-22放射源的活度低于1000KBq。

在一实施例中，所述上位机为工业计算机，所述工业计算机配置有PC软件，用以分析并显示物料横截面积、物料3D图像、传送带速度、物料体积、瞬时流量、累计流量、传送带跑偏量、传送带跑偏报警，以及对历史数据进行储存。

本发明的优点是：

本发明提供的皮带物料流控制系统，能够精确测量传送带物料的数据，并结合该数据控制传送带速度，使皮带物料流到达最佳，进而实现节约能耗，减少皮带磨损。

附图说明

图1是本发明皮带物料流控制系统的主要结构示意图。

图2是本发明皮带物料流控制系统的结构框图。

图3是上位机的显示物料的3D图像示意图。

图4是控制器获取物料横截面积信息的主要流程示意图。

图5是本发明皮带物料流控制系统控制流程示意图。

具体实施方式

首先，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

参阅附图1和图2，图1和图2示例性示出了一种皮带物料流控制系统的主要结构，如图所示，本发明提供的皮带物料流控制系统可以包括：驱动电机10、托辊11、传送带12、固定支架13、3D雷达扫描器14、速度传感器15、放射性密度计16、控制器17以及上位机18，驱动电机10用于驱动传送带122转动，传送带12设于托辊11上，3D雷达扫描器14固定于固定支架13上并且位于传送带12上方；3D雷达扫描器14、速度传感器15、放射性密度计16、驱动电机10分别与控制器17通信连接，控制器17与上位机18通信连接。其中，3D雷达扫描器14用于测量传送带12上物料的3D轮廓线信息；速度传感器15用于测量传送带12的速度信息；放射性密度计16用于测量传送带12上物料的密度信息；控制器17用于根据3D轮廓线信息、速度信息和密度信息，获取预定时间段内的物料质量，并将物料质量与预设的物料质量阈值进行比较，根据比较结果选择性控制驱动电机10；或者用于根据3D轮廓线信息和速度信息，获取预定时间段内的物料体积，并将物料体积与预设的物料体积阈值进行比较，根据比较结果选择性控制驱动电机10。

具体地，传送带12由驱动电机进行驱动，传送带12位于托辊11上方。固定支架13为横跨传送带12的上方，固定支架13可以包括两个立柱131和一个横梁132，立柱131分别位于传送带12的两侧并固定在地面上，横梁132的两端分别固定连接在立柱131的顶部。3D雷达扫描器14固定在固定支架13的横梁132上，速度传感器15安装在传送带12下方，放射性密度计16包括Na-22放射源161和密度计接收器162，Na-22放射源161固定在固定在横梁132上，密度计接收器162安装在传送带12下方。3D雷达扫描器14包括测距雷达、毫米波雷达物位扫描仪，例如，77GHz以上的毫米波雷达原理的物料扫描仪。3D雷达扫描器14也可以为具有扫描功能的激光雷达，激光雷达安装在传送带中心线正上方的固定支架上，采用具有扫描功能的激光雷达，测量速度更快，精度更高。

该3D雷达扫描器14可以包括3至7个天线收发探头141，各天线收发探头141根据传送带12宽度，并按照等分角度地以桥式安装方式固定在固定支架13的横梁132上。即，各天线收发探头141测量位于下方传送带12上的物料距离信息，以3D雷达扫描器14为一个顶点，传送带12的宽度作为底边，如此形成一个三角形，然后根据天线收发探头141的数量将该三角形的顶角等分，每个天线收发探头141对应角度的区域。例如，三角形顶角的角度为60°，天线收发探头141的数量为5个，则每个3D雷达扫描器14对应12°的测量区域。

该3D雷达扫描器14也可以包括测距雷达，该系统包括3至7个独立的测距雷达，各测距雷达根据传送带宽度，并按照等分角度地以桥式安装方式固定于固定支架13的横梁132上。优选地，测距雷达数量为3个、5个、7个，中间设置一个，两边对称设置。其安装方式可以参考天线收发探头141，这里不再赘述。

通过模拟物料，将传送带12压实到托辊11上，3D雷达扫描器14发射毫米波到传送带12上，以此得到传送带12空载时记录传送带表面3D轮廓线信息或者在传送带12负载时通过插针测厚的方式得到传送带12的空载轮廓线信息，以此在控制器17、上位机18上进行软件数学建模；在通过3D雷达扫描器14测得传送带12负载时测量物料的3D轮廓线信息数据后。根据物料的轮廓线各个点三维坐标值，在上位机18显示物料的3D图像、横截面积、物料体积。其中，获取横截面积的流程，如图5所示。

3D雷达扫描器14、速度传感器15、放射性密度计16、驱动电机10均与控制器17通信连接。例如，可以通过RS485或者光纤进行数据通信或传输。驱动电机10包括变频器101、编码器102和减速电机103。具体地，变频器101可以通过RS485与控制器17通信连接，变频器101与编码器102通信连接，编码器102与减速电机103通信连接。

放射性密度计16可以采用国家豁免剂量的Na-22放射源161的放射性密度计16，该Na-22发射源161的活度低于1000KBq。由于传送物料的品种、产地的不同，可能导致物料的密度发生变化，所以采用放射性密度计16可以实时测量传送物料的密度，提高对物料质量测量的准确性。上位机18为工业计算机，工业计算机配置有PC软件，用以分析并显示物料横截面积、物料3D图像(如图3所示)、传送带速度、物料体积、瞬时流量、累计流量、传送带跑偏量、传送带跑偏报警，以及对历史数据进行储存。

参阅附图4，控制器17在收到3D轮廓线信息、速度信息和密度信息后，可以根据物料的3D轮廓线信息和传送带12空载时的轮廓，获取物料的横截面积信息。根据该横截面积信息、速度信息和密度信息，获取预定时间段内的物料质量。具体地可以按照公式(1)所示的方法获取时间段内的物料质量：

M＝ρ×S×v×t (1)

其中，M表示物料质量，ρ表示物料的密度信息，S表示物料的横截面积信息，v表示传送带的速度信息，t表示预设的时间段。其中，t可以根据实际使用场景选择适当的时间长度。

在获取预设时间段内的物料质量后，将其与物料质量阈值进行比较，根据比较结果选择性控制驱动电机10，其中，该物料质量阈值可以根据实际应用场景相应调整。具体地，在物料质量小于物料质量阈值时，减小驱动电机10转速；在物料质量大于物料质量阈值时，增大驱动电机10转速。如此，在物料质量小于物料质量阈值时，说明传送带上物料传送量较少，可以减小驱动电机10的转动，进而使传送带12的传送速度降低，在放料速度不变的情况下增加传送带12上物料；在物料质量大于物料质量阈值时，说明传送带12上物料传送量较多，可以增大驱动电机10的转速，进而使传送带12速度增大，在放料速度不变的情况下减少传送带12上物料。在物料质量等于物料质量阈值时，传送带12传送速度保持不变。如此可以使传送带12保持最佳传送量。

控制器17也可以根据物料体积的变化控制传送带12的速度。具体地，控制器17在收到3D轮廓线信息和速度信息后，可以根据物料的3D轮廓线信息和传送带17空载时的轮廓，获取物料的横截面积信息。根据该横截面积信息和速度信息，获取预定时间段内的物料体积。具体地可以按照公式(2)所示的方法获取时间段内的物料质量：

N＝S×v×t (2)

其中，N表示物料体积，S表示物料的横截面积信息，v表示传送带的速度信息，t表示预设的时间段。其中，t可以根据实际使用场景选择适当的时间长度。

在获取预设时间段内的物料体积后，将其与物料体积阈值进行比较，根据比较结果选择性控制驱动电机10，其中，该物料体积阈值可以根据实际应用场景相应调整。具体地，在物料体积小于物料体积量阈值时，减小驱动电机10转速；在物料体积大于物料体积阈值时，增大驱动电机10转速。如此，在物料体积小于物料体积阈值时，说明传送带12上物料传送量较少，可以减小驱动电机10的转动，进而使传送带12的传送速度降低，在放料速度不变的情况下增加传送带12上物料；在物料体积大于物料体积阈值时，说明传送带12上物料传送量较多，可以增大驱动电机10的转速，进而使传送带12速度增大，在放料速度不变的情况下减少传送带12上物料。在物料体积等于物料体积阈值时，传送带12传送速度保持不变。如此可以使传送带12保持最佳传送量。

需要说明的是，物料质量阈值可以是一个质量范围，小于物料质量阈值可以理解为小于该质量范围的最小值；大于物料质量阈值可以理解为大于该质量范围的最大值。等于物料质量阈值可以理解为属于该质量范围。

物料体积阈值可以是一个体积范围，小于物料体积阈值可以理解为小于该体积量范围的最小值；大于物料质量阈值可以理解为大于该质量范围的最大值。等于物料体积阈值可以理解为属于该体积范围。

进一步地，控制器17记录传送带中心线信息，控制器17进一步地用于：根据物料的3D轮廓线信息，构建物料的3D成像信息；根据3D成像信息中物料最高点和中心线信息，获取传送带12的跑偏量；将跑偏量与预设的跑偏阈值进行比较，并在跑偏量大于跑偏阈值时向上位机18发出跑偏报警信息。具体地，控制器17可以根据物料分布形状进行3D形状建模，根据物料最高点与传送带12中线之间的偏移距离获取传送带12的跑偏量，将跑偏量与跑偏阈值进行比较，并在跑偏量大于跑偏阈值时向上位机18发出跑偏报警信息，上位机18在接收到跑偏报警信息后进行报警显示。其中，跑偏阈值可以传送带12宽度进行相应设置。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims

1.一种皮带物料流控制系统，其特征在于，所述系统包括驱动电机、托辊、传送带、固定支架、3D雷达扫描器、速度传感器、放射性密度计、控制器以及上位机，所述驱动电机用于驱动所述传送带转动，所述传送带设于所述托辊上，所述3D雷达扫描器固定于所述固定支架上并且位于所述传送带上方；所述3D雷达扫描器、速度传感器、放射性密度计、驱动电机分别与所述控制器通信连接，所述控制器与所述上位机通信连接；

所述速度传感器，用于测量所述传送带的速度信息；

2.如权利要求1所述皮带物料流控制系统，其特征在于，“将所述物料质量与预设的物料质量阈值进行比较，根据比较结果选择性控制所述驱动电机”具体包括：

将所述物料质量与预设的物料质量阈值进行比较；

3.如权利要求1所述皮带物料流控制系统，其特征在于，“将所述物料体积与预设的物料体积阈值进行比较，根据比较结果选择性控制所述驱动电机”具体包括：

将所述物料体积与预设的物料体积阈值进行比较；

4.如权利要求1所述的皮带物料流控制系统，其特征在于，“根据所述3D轮廓线信息、速度信息和密度信息，获取预定时间段内的物料质量”具体包括：

根据所述横截面积信息、速度信息和密度信息，获取所述时间段内的物料质量，

其中，按照下式所示的方法获取所述时间段内的物料质量：

M＝ρ×S×v×t

5.如权利要求1所述的皮带物料流控制系统，其特征在于，“根据所述3D轮廓线信息和速度信息，获取预定时间段内的物料的物料体积”具体包括：

N＝S×v×t

6.如权利要求1所述的皮带物料流控制系统，其特征在于，所述3D雷达扫描器包括3至7个天线收发探头，各所述天线收发探头根据所述传送带宽度，并按照等分角度地以桥式安装方式固定于所述固定支架上；或者，

7.如权利要求1所述的皮带物料流控制系统，其特征在于，所述3D雷达扫描器包括测距雷达，所述系统包括3至7个所述测距雷达，各所述测距雷达根据所述传送带宽度，并按照等分角度地以桥式安装方式固定于所述固定支架上。

8.如权利要求1所述的皮带物料流控制系统，其特征在于，所述控制器记录所述传送带中心线信息，所述控制器进一步地用于：

根据所述3D轮廓线信息，构建物料的3D成像信息；

9.如权利要求1所述的皮带物料流控制系统，其特征在于，所述放射性密度计为Na-22放射源的放射性密度计，所述Na-22放射源的活度低于1000KBq。

10.如权利要求1所述的皮带物料流控制系统，其特征在于，所述上位机为工业计算机，所述工业计算机配置有PC软件，用以分析并显示物料横截面积、物料3D图像、传送带速度、物料体积、瞬时流量、累计流量、传送带跑偏量、传送带跑偏报警，以及对历史数据进行储存。