CN112254650A - 激光测距式动态检测皮带跑偏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光测距式动态检测皮带跑偏系统，包括带式输送机、激光扫描仪、串口处理器、测速传感器、单片机、上位机；激光扫描仪固定安装在运输皮带边缘的侧边，安装距离满足皮带跑偏的误差范围，同时激光扫描测距设备的扫描面垂直于皮带的水平面和地面；激光扫描数据由串口处理器发送至以太网实现远程传输；测速传感器固定在带式输送机上行托辊中心轴上，与托辊同轴旋转；带速数据由单片机采集并经由GSM/GPRS模块传输至远程上位机；上位机根据检测系统测量数据，实时计算。本发明可以动态检测皮带跑偏，便于发现皮带跑偏的初始位置，系统结构简单、自动化程度高、实时性强，不受外界环境对物料分布测定的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光测距式皮带跑偏检测系统，属于激光测距和通讯等技术领域。
背景技术
带式输送机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。输送带是输送系统的关键设备，它的安全稳定运行直接影响到生产作业。输送带的跑偏是带式输送机的最常见故障，对其及时准确的处理是其安全稳定运行的保障。然而带式输送机在运行过程中，经常会发生输送带跑偏现象，引起物料倾洒或带边磨损，这将直接影响输送带使用寿命，甚至导致煤炭运输线停运，影响安全生产,造成重大经济损失。因此，由各种原因引起的输送带跑偏问题，严重阻碍着带式输送机的发展，这些问题已经引起各国相关领域的注意，并投入大量财力物力研究解决措施。
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，易造成设备主要部件的非正常损坏；皮带跑偏造成的物料洒落容易形成安全隐患。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、自动化程度偏低、生产效率较低。另外，基于激光对输送带跑偏检测，检测的方发是激光固定不动，这样的检测方法不能对输送带跑偏实施动态检测，对于输送带的局部跑偏无法检测。因此，探索一种可以动态检测皮带跑偏的方法，将具有很强的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测准确、工作性能优异的激光测距式动态检测皮带跑偏系统。
本发明的技术解决方案是：
一种激光测距式动态检测皮带跑偏系统，其特征是：包括带式输送机、激光扫描仪A、串口处理器C、测速传感器I、单片机F、上位机H；激光扫描仪A固定安装在运输皮带边缘的侧边，安装距离满足皮带跑偏的误差范围，同时激光扫描测距设备的扫描面垂直于皮带的水平面和地面；激光扫描数据由串口处理器C发送至以太网实现远程传输；测速传感器I固定在带式输送机上行托辊中心轴上，与托辊同轴旋转；带速数据由单片机F采集并经由GSM/GPRS模块传输至远程上位机；上位机E根据检测系统测量数据，实时计算，实现在线皮带跑偏精准检测；上位机与报警器连接。
检测方法为：
步骤1：初始化：令垂直输送带运行方向为X轴方向，输送带运行方向为Y轴方向，垂直于输送带和地面方向为Z轴方向，激光扫描仪A采集当前帧变量k＝1，N为激光扫描仪A在单位时间T内采集截面轮廓数量，由单位时间T和激光扫描仪扫描频率f确定其大小(N＝T·f)；从带速检测装置获取实时带速v(t)；
步骤2：启动激光扫描仪A工作后，上位机接收并记录单位时间T内的激光扫描仪A扫描的轮廓信息数据；
步骤3：根据当前帧变量k的值，将单位时间T内所有帧的扫描的轮廓信息数据储存并上传到上位机，并进行直角坐标转换；同一帧激光扫描的轮廓在地面和输送带跑偏的截面，X轴的坐标都为0；
Y坐标与激光扫描仪得出的数据关系为：
Yn＝±ln·cosβn (1)
Z坐标与激光扫描仪得出的数据关系为：
Zn＝L-ln·sinβn (2)
式(1)(2)中，L为激光扫描仪与水平地面之间的距离；ln为激光扫描仪A与扫描截面之间的距离；βn为激光扫描仪A与水平面的夹角；(2)式中，当扫描仪被测点在Y轴正半轴则为正反之为负；
步骤4：找到Z轴方向发生突变点数据的范围；
H≤L-lnsinβn≤H+δ (3)
式(3)中，H为输送带与水平地面之间的距离；δ为输送带在工作中，允许向上浮动的值；
步骤5：将突变的坐标Y轴方向的线段进行叠加长度为M；
式(4)中，M为Y轴方向的线段进行叠加长度；Y为激光扫描仪A扫描输送带的最大长度；Hyi为激光扫描仪A扫描输送带点的Y轴坐标；
步骤6：判断是否在范围内，如果超出范围，则判定已经输送带发生跑偏，然后发出警报信号；
式(5)中，Y为激光扫描仪A扫描输送带的最大长度；H为输送带与水平地面之间的距离；δ为输送带在工作中，允许向上浮动的值。
另设有直流稳压电源提供电源。
本发明可以动态检测皮带跑偏，便于发现皮带跑偏的初始位置，系统结构简单、自动化程度高、实时性强，不受粉层、天气、光线等外界环境对物料分布测定的影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明激光测距式动态检测皮带跑偏系统结构图。
其中有带式输送机(槽式或平直式，含驱动电机、托辊等基本配置)1，激光扫描仪A，直流稳压电源B，串口处理器C，服务器D，测速传感器I，单片机F，GSM模块G、H，监控器J，上位机E，报警器K。
图2是本发明激光测距式动态检测皮带跑偏系统组成框图。
其中包含带速检测模块(测速传感器、测速控制器、GSM/GPRS模块)、激光测距检测模块(激光扫描仪、串口处理器、激光数据采集控制器)和报警模块。测速传感器与上行托辊固定连接，测速控制器(单片机或FPGA)用于采集测速传感器数据并控制GSM/GPRS模块远程传输。激光扫描仪为二维激光测距仪，由采集软件控制器控制激光扫描仪开始/停止采集，实现激光数据采集。
图3是基于激光扫描的输送带跑偏量测算及跑偏类型判断系统的方法流程图。
图4是激光测距式动态检测皮带跑偏系统工作状态示意图。
其中L为激光扫描仪与皮带之间的距离，H为地面与皮带之间的距离，l1、l2、l3、l4为激光扫描仪与输送带之间的距离，β1、β2、β3、β3为激光扫描仪与水平面的夹角，皮带发生局部跑偏的长度为H1H2、H3H4。
图5是激光扫描仪与输送带边缘的距离为d的示意图。
具体实施方式
一种激光测距式动态检测皮带跑偏系统，包括带式输送机1、激光扫描仪A、串口处理器C、测速传感器I、单片机F、上位机H；激光扫描仪A固定安装在运输皮带边缘的侧边，安装距离满足皮带跑偏的误差范围，同时激光扫描测距设备的扫描面垂直于皮带的水平面和地面；激光扫描数据由串口处理器C发送至以太网实现远程传输；测速传感器I固定在带式输送机上行托辊中心轴上，与托辊同轴旋转；带速数据由单片机F采集并经由GSM/GPRS模块传输至远程上位机；上位机E根据检测系统测量数据，实时计算，实现在线皮带跑偏精准检测。
检测方法为：
步骤1：初始化：令垂直输送带运行方向为X轴方向，输送带运行方向为Y轴方向，垂直于输送带和地面方向为Z轴方向，激光扫描仪A采集当前帧变量k＝1，N为激光扫描仪A在单位时间T内采集截面轮廓数量，由单位时间T和激光扫描仪扫描频率f确定其大小(N＝T·f)；从带速检测装置获取实时带速v(t)；
步骤2：启动激光扫描仪A工作后，上位机接收并记录单位时间T内的激光扫描仪A扫描的轮廓信息数据；
步骤3：根据当前帧变量k的值，将单位时间T内所有帧的扫描的轮廓信息数据储存并上传到上位机，并进行直角坐标转换；同一帧激光扫描的轮廓在地面和输送带跑偏的截面，X轴的坐标都为0；
Y坐标与激光扫描仪得出的数据关系为：
Yn＝±ln·cosβn (1)
Z坐标与激光扫描仪得出的数据关系为：
Zn＝L-ln·sinβn (2)
式(1)(2)中，L为激光扫描仪与水平地面之间的距离；ln为激光扫描仪A与扫描截面之间的距离；βn为激光扫描仪A与水平面的夹角；(2)式中，当扫描仪被测点在Y轴正半轴则为正反之为负；
步骤4：找到Z轴方向发生突变点数据的范围；
H≤L-lnsinβn≤H+δ (3)
式(3)中，H为输送带与水平地面之间的距离；δ为输送带在工作中，允许向上浮动的值；
步骤5：将突变的坐标Y轴方向的线段进行叠加长度为M；
式(4)中，M为Y轴方向的线段进行叠加长度；Y为激光扫描仪A扫描输送带的最大长度；Hyi为激光扫描仪A扫描输送带点的Y轴坐标；
步骤6：判断是否在范围内，如果超出范围，则判定已经输送带发生跑偏，然后发出警报信号；
式(5)中，Y为激光扫描仪A扫描输送带的最大长度；H为输送带与水平地面之间的距离；δ为输送带在工作中，允许向上浮动的值。
另设有直流稳压电源提供电源；上位机与报警器连接。
Claims (2)
1.一种激光测距式动态检测皮带跑偏系统，其特征是：包括带式输送机、激光扫描仪A、串口处理器C、测速传感器I、单片机F、上位机H；激光扫描仪A固定安装在运输皮带边缘的侧边，安装距离满足皮带跑偏的误差范围，同时激光扫描测距设备的扫描面垂直于皮带的水平面和地面；激光扫描数据由串口处理器C发送至以太网实现远程传输；测速传感器I固定在带式输送机上行托辊中心轴上，与托辊同轴旋转；带速数据由单片机F采集并经由GSM/GPRS模块传输至远程上位机；上位机E根据检测系统测量数据，实时计算，实现在线皮带跑偏精准检测；
检测方法为：
步骤1：初始化：令垂直输送带运行方向为X轴方向，输送带运行方向为Y轴方向，垂直于输送带和地面方向为Z轴方向，激光扫描仪A采集当前帧变量k＝1，N为激光扫描仪A在单位时间T内采集截面轮廓数量，由单位时间T和激光扫描仪扫描频率f确定其大小(N＝T·f)；从带速检测装置获取实时带速v(t)；
步骤2：启动激光扫描仪A工作后，上位机接收并记录单位时间T内的激光扫描仪A扫描的轮廓信息数据；
步骤3：根据当前帧变量k的值，将单位时间T内所有帧的扫描的轮廓信息数据储存并上传到上位机，并进行直角坐标转换；同一帧激光扫描的轮廓在地面和输送带跑偏的截面，X轴的坐标都为0；
Y坐标与激光扫描仪得出的数据关系为：
Yn＝±ln·cosβn (1)
Z坐标与激光扫描仪得出的数据关系为：
Zn＝L-ln·sinβn (2)
式(1)(2)中，L为激光扫描仪与水平地面之间的距离；ln为激光扫描仪A与扫描截面之间的距离；βn为激光扫描仪A与水平面的夹角；(2)式中，当扫描仪被测点在Y轴正半轴则为正反之为负；
步骤4：找到Z轴方向发生突变点数据的范围；
H≤L-lnsinβn≤H+δ (3)
式(3)中，H为输送带与水平地面之间的距离；δ为输送带在工作中，允许向上浮动的值；
步骤5：将突变的坐标Y轴方向的线段进行叠加长度为M；
式(4)中，M为Y轴方向的线段进行叠加长度；Y为激光扫描仪A扫描输送带的最大长度；Hyi为激光扫描仪A扫描输送带点的Y轴坐标；
步骤6：判断是否在范围内，如果超出范围，则判定已经输送带发生跑偏，然后发出警报信号；
式(5)中，Y为激光扫描仪A扫描输送带的最大长度；H为输送带与水平地面之间的距离；δ为输送带在工作中，允许向上浮动的值。
2.根据权利要求1所述的激光测距式动态检测皮带跑偏系统，其特征是：另设有直流稳压电源提供电源；上位机与报警器连接。
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Application publication date: 20210122 Assignee: Wuhan zhiao Technology Co.,Ltd. Assignor: WUHAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2022420000031 Denomination of invention: Laser ranging dynamic belt deviation detection system Granted publication date: 20220301 License type: Common License Record date: 20220511 |
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Application publication date: 20210122 Assignee: Wuhan Hengwang Port and Channel Engineering Consulting Service Co.,Ltd. Assignor: WUHAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2023420000193 Denomination of invention: Laser ranging dynamic detection system for belt deviation Granted publication date: 20220301 License type: Common License Record date: 20230621 |