CN113353541B - 一种带式输送机皮带的自动纠偏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带式输送机皮带的自动纠偏系统，属于烟草机械领域，所述的带式输送机皮带的自动纠偏装置包括皮带跑偏检测装置，皮带纠偏装置、控制模块，所述的皮带跑偏检测装置与控制模块连接，控制模块输出端与皮带纠偏装置连接。本发明对皮带跑偏的实时检测及存储的相关数据，能够为后期维护提供准确、详实、有效的数据支撑，从而进一步提升设备稳定性，降低设备维护成本。
Description
技术领域
本发明属于烟草机械领域，更具体的说涉及一种带式输送机皮带的自动纠偏系统。
背景技术
带式输送机是烟草行业生产线上连续运送烟草物料的设备，广泛用于制丝线、切片线、开包线、打叶复烤线等烟草物料的输送，是各主机之间的辅助联接设备，能够连续输送烟包、烟叶、烟丝、烟梗等多种物料。其主要构成由头部装置、尾部装置、机身段、主动辊、被动辊、托辊、清扫装置（毛刷辊或排刷）、输送带、出料口、落料框、接灰装置、支承架、链罩和驱动装置等组成，输送带选用符合食品卫生要求的输送带，驱动装置一般采用减速电机。
带式输送机由挠性输送带为物料载体和牵引件的连续输送机械设备。它根据摩擦传动原理，在电控系统的控制下，通过电机直接传动，将动力传动给主动辊，使皮带做连续运动，从而让物料按预定的流程输送。一般地，带式输送机传动系统是减速电机驱动小链轮，通过链条带动与主动辊连成一体的大链轮，从而带动主动辊旋转，传动链轮、链条外装有防护罩。
带式输送机在卷烟制造行业使用广泛，是关键的基础性设备。其维护主要依靠具有经验的技术人员手动调整、定期维护、事后维修等方法。卷烟制造行业为流程化大规模生产，一旦出现某一设备停机，将对整线的产量、质量、工艺稳定性产生影响。皮带输送机的皮带跑偏故障是其中最常见的故障，与输送带张紧程度、输送带老化、紧固件是否松动以及皮带机的清洁状况等诸多因素有关。跑偏故障发生，一般会造成物料流量的不稳定、输送机电机负载增大等，严重的会导致皮带断裂、生产停止，甚至可能会造成人身伤害。
当前，带式输送机皮带的跑偏调整主要依靠有经验的维修人员人工检查皮带在主动辊上的位置、每日生产结束后清理主、被动带辊、输送带、刮板和毛刷上的残余物料和粘着物，经常地依靠维修人员检查各传动系统、减速机油位，检查链条的松紧并进行调整调整，检查各传动部件润滑情况、输送带张紧程度、输送带老化现象、紧固件是否松动等，如发现问题，应及时维护、调整、更换和修理以保证设备正常运行。在一些精密皮带机设备上，如皮带秤，因为对跑偏要求较高，通过在皮带机跑偏的极限位置安装光电管，当跑偏至极限位置时光电管被遮挡，从而发出报警信号或者通过执行机构的伸缩在皮带上施加相反的力纠正其跑偏。
发明内容
本发明能够连续地检测带式输送机皮带的运行状态，巧妙地将皮带的偏移量与电容器的电容建立联系，并将转化为可以测量的电压信号，进一步转化为计算机可以处理、运算地数字信号。计算机系统能够按照本方法所设计的控制逻辑，对执行机构进行控制，实时调整，即使发生微小偏差也能够即使调整，防止小偏差逐渐变为大偏差，造成恶劣后果。
为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：所述的带式输送机皮带的自动纠偏装置包括皮带跑偏检测装置，皮带纠偏装置、控制模块，所述的皮带跑偏检测装置与控制模块连接，控制模块输出端与皮带纠偏装置连接。
优选的，所述的皮带跑偏检测装置采用平板电容器，在皮带机两侧适当的位置各安装一个一样的平板电容器，用于检测皮带的偏移量。
优选的，所述的控制模块包括信号放大电路、AD转换电路、PLC控制器，皮带跑偏检测装置的输出端与信号放大电路连接，信号放大电路输出端与AD转换电路连接，AD转换电路与PLC连接。
优选的，所述的皮带纠偏装置安装于皮带机主动辊侧下方，使用一个位置相对可移动的辊轮，对皮带施加压力。
优选的，所述的皮带跑偏检测装置的检测方法为设平板电容器间隙为d，皮带的相
对介电常数为
，真空介电常数为
，A为某一时刻皮带遮挡住的平板电容器的面积，皮
带厚度为
，则此时电容器的电容
由以下公式算出：
其电容量大小
与皮带的跑偏量A，即皮带进入平板电容器的面积，成正相关，
皮带厚度
，皮带的相对介电常数为
均能够根据实际使用的皮带测出或制造时的相关
材料导出，真空介电常数
为常量。
优选的，所述的AD转换电路速度一般为10-100微秒，转换完成后，取一个时间窗
,
一般为100ms，取在此期间转化的一系列U0的平均值，作为时间窗
的输出，
此时的输出为数字量ui，由此数据可以分析出当前皮带的跑偏程度、跑偏的速度、持续时
间。
优选的，所述的皮带纠偏装置的控制方法为：当某一侧时间窗Δt的输出ui大于设定阈值时，电控系统向发出一个纠偏信号，记录此时为纠偏开始时间t0，选取10s，ui+1、ui+2程序自动计算ui+1、ui+2、ui+3变化速率，判断其皮带是继续朝t0时刻开始偏离方向继续偏离，或者偏离趋势已经减弱，或者朝另一个方向偏，直至偏离被纠正或者发出报警型号提示维修人员前来修理。
优选的，处置皮带跑偏故障时，所产生的所有数据，如初始时刻t0、输出电压ui、执行机构脉冲发出时间、计算出的皮带偏移量、皮带偏移速率等，均记录在计算机系统存储介质中，以便为下一步维护保养提供数据支持。
本发明有益效果：
能够连续地检测带式输送机皮带的运行状态，巧妙地将皮带的偏移量与电容器的电容建立联系，并将转化为可以测量的电压信号，进一步转化为计算机可以处理、运算地数字信号。计算机系统能够按照本方法所设计的控制逻辑，对执行机构进行控制，实时调整，即使发生微小偏差也能够即使调整，防止小偏差逐渐变为大偏差，造成恶劣后果；
除了皮带偏移量以外，还引入了皮带偏移速率、执行机构脉冲持续时间等指标，以此建立控制逻辑，对于各种皮带跑偏情况，均可应对，如输送皮带机较为快速地往某一方向偏差时，人工处理是无法应对的，过去的纠偏自动方法，只能一某一固定的速度执行纠偏机构，导致纠偏无法成功，而本方法及其装置，能够根据偏移的速率加快或减慢执行机构的动作。
对皮带跑偏的实时检测及存储的相关数据，能够为后期维护提供准确、详实、有效的数据支撑，从而进一步提升设备稳定性，降低设备维护成本。
附图说明
图1为皮带跑偏检测装置安装示意图；
图2为信号放大电路图；
图3为皮带纠偏装置安装示意图；
图4为皮带纠偏装置结构示意图；
图5为本发明流程图；
图6为本发明控制逻辑图。
图中、1-皮带跑偏检测装置、2-皮带纠偏装置
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。
由于带式输送机皮带使用很广泛，仅依靠有经验的维修人员人工检查，这是一项高度依赖人工责任心和专业技能的工作，即使责任心再高、技术再好，也无法连续不间断地监控带式输送机的运行状态；在一些精密皮带机设备上安装的极限位置光电管，只有当皮带跑偏已经很严重的时候进行调节，并且，由于已经跑偏至极限位置，自动调整效果并不理想，很大程度上依靠的是其极限位置报警功能，进行人工调整；即使使用极限位置光电管这种技术方案，由于光电管只有被遮挡、未被遮挡两种状态，对于皮带跑偏的速率无法定量分析，无法根据跑偏的实际情况，自动地增减自动执行机构的伸缩程度，调整不够及时、准确；现有的纠偏机构其运行逻辑的根源是极限位置的检测，即使进行一些改进，多增加一些光电管，即在初始位置、中间位置、极限位置各增加一些检测光电管，除了成本较高、电路复杂以外，其控制逻辑也相应更加复杂，不适用于带式输送机这样一个在卷烟制造领域大规模使用的一般性设备。
如图1-6所示，所述的带式输送机皮带的自动纠偏装置包括皮带跑偏检测装置，皮带纠偏装置、控制模块，所述的皮带跑偏检测装置与控制模块连接，控制模块输出端与皮带纠偏装置连接。
所述的皮带跑偏检测装置采用平板电容器，在皮带机两侧适当的位置各安装一个一样的平板电容器，用于检测皮带的偏移量。所述的控制模块包括信号放大电路、AD转换电路、PLC控制器，皮带跑偏检测装置的输出端与信号放大电路连接，信号放大电路输出端与AD转换电路连接，AD转换电路与PLC连接。
所述的皮带纠偏装置安装于皮带机主动辊侧下方，使用一个位置相对可移动的辊轮，对皮带施加压力。
所述的皮带跑偏检测装置的检测方法为设平板电容器间隙为d，皮带的相对介电
常数为
，真空介电常数为
，A为某一时刻皮带遮挡住的平板电容器的面积，皮带厚度
为
，则此时电容器的电容
由以下公式算出：
其电容量大小
与皮带的跑偏量A，即皮带进入平板电容器的面积，成正相关，
皮带厚度
，皮带的相对介电常数为
均能够根据实际使用的皮带测出或制造时的相关
材料导出，真空介电常数
为常量。
如图2所示，平板电容器输出电容值一般十分微小，几乎都在几皮法至几十皮法之
间，如此小的电容量不便于直接测量和显示，因而必须借助一些测量电路，将微小的电容值
成比例地换算为电压、信号，所示为单臂接法的桥式测量电路，高频电源经变压器接到电容
桥的一个对角线上，电容C1、C2、C3、
构成电桥的四臂，其中
为上述的用于检测皮
带跑偏量的电容式传感器，其驱动电压Ui可根据需要自行选择，交流电桥平衡时，有U0=0；
当
改变时（由于皮带的跑偏引起），U0存在输出，此时检测其输出电压，即可知
道跑偏量的大小。
将输出电压U0转化为计算机可读取的数字量，目前有成熟的A/D转换器，可根据需要的精度选择市场上常见型号A/D转换器进行模拟量-数字量转换。
AD转换电路速度一般为10-100微秒，转换完成后，取一个时间窗
一般
为100ms，取在此期间转化的一系列U0的平均值，作为时间窗
的输出，此时的输出为数
字量ui，由此数据可以分析出当前皮带的跑偏程度、跑偏的速度、持续时间。
优选的，所述的皮带纠偏装置的控制方法为：当某一侧时间窗
的输出ui大于
设定阈值时，电控系统向发出一个纠偏信号，记录此时为纠偏开始时间t0，选取10s，ui+1
ui+2 程序自动计算ui+1 ui+2 ui+3变化速率，判断其皮带是继续朝t0时刻开始偏离方向
继续偏离，或者偏离趋势已经减弱，或者朝另一个方向偏，直至偏离被纠正或者发出报警型
号提示维修人员前来修理。
处置皮带跑偏故障时，所产生的所有数据，如初始时刻t0、输出电压ui、执行机构脉冲发出时间、计算出的皮带偏移量、皮带偏移速率等，均记录在计算机系统存储介质中，以便为下一步维护保养提供数据支持。
使用技术手段，连续地检测带式输送机皮带的运行状态，按照本方法所设计的控制逻辑，对执行机构进行控制，实时调整，即使发生微小偏差也能够即使调整，防止小问题变成大问题；
能够记录带式输送机皮带跑偏发生的次数、偏移量、运行时间等所需参数，并根据这些参数指定合理、有效的维护保养计划；
结合设备技术专家的过往经验，通过机器学习、人工智能的手段，将以往隐藏的知识、技能通过编写计算机程序自动地、持续地判断设备的当前状态，从而实现持续监控，及早预警可能的故障或在故障发生时减少排查时间，减少设备故障造成的各种损失。提高设备的自动化水平，为智能制造、无人工厂等目标奠定良好的技术基础。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明发明的技术方案，而非限制尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解可以在形式上和细节上对其做出各种改变，而不偏离本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种带式输送机皮带的自动纠偏系统，其特征在于：所述的带式输送机皮带的自动纠偏装置包括皮带跑偏检测装置，皮带纠偏装置、控制模块，所述的皮带跑偏检测装置与控制模块连接，控制模块输出端与皮带纠偏装置连接；
所述的皮带跑偏检测装置采用平板电容器，在皮带机两侧适当的位置各安装一个一样的平板电容器，用于检测皮带的偏移量；
所述的控制模块包括信号放大电路、AD转换电路、PLC控制器，皮带跑偏检测装置的输出端与信号放大电路连接，信号放大电路输出端与AD转换电路连接，AD转换电路与PLC连接；
所述的皮带纠偏装置安装于皮带机主动辊侧下方，使用一个位置相对可移动的辊轮，对皮带施加压力；
所述的皮带跑偏检测装置的检测方法为设平板电容器间隙为d，皮带的相对介电常数为
，真空介电常数为
，A为某一时刻皮带遮挡住的平板电容器的面积，皮带厚度为
，则此时电容器的电容
由以下公式算出：
其电容量大小
与皮带的跑偏量A，即皮带进入平板电容器的面积，成正相关，皮带厚度
，皮带的相对介电常数为
均能够根据实际使用的皮带测出或制造时的相关材料导出，真空介电常数
为常量；
平板电容器输出电容值十分微小，因而必须借助一些测量电路，将微小的电容值成比例地换算为电压信号，采用单臂接法的桥式测量电路，高频电源经变压器接到电容桥的一个对角线上，电容C1、C2、C3、
构成电桥的四臂，其中
为用于检测皮带跑偏量的电容式传感器，其驱动电压Ui根据需要自行选择，交流电桥平衡时，有U0=0；
当
改变时，U0存在输出，此时检测其输出电压，即可知道跑偏量的大小；
所述的AD转换电路速度为10-100微秒，转换完成后，取一个时间窗
，
为100ms，取在此期间转化的一系列U0的平均值，作为时间窗
的输出，此时的输出电压为数字量ui，由此数据可以分析出当前皮带的跑偏程度、跑偏的速度、持续时间；
所述的皮带纠偏装置的控制方法为：当某一侧时间窗
的输出电压ui大于设定阈值时，向电控系统发出一个纠偏信号，记录此时为纠偏开始时间t0，选取10s，通过程序自动计算输出电压ui的变化速率，判断皮带是继续朝t0时刻开始偏离方向继续偏离，或者偏离趋势已经减弱，或者朝另一个方向偏，直至偏离被纠正或者发出报警型号提示维修人员前来修理；
处置皮带跑偏故障时，所产生的初始时刻t0、输出电压
、执行机构脉冲发出时间、计算出的皮带偏移量、皮带偏移速率，均记录在计算机系统存储介质中，以便为下一步维护保养提供数据支持。
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