CN204528507U - 矿井胶带运输机状态监测系统 - Google Patents

Abstract

矿井胶带运输机状态监测系统，属于胶带运输机技术领域。包括矿井胶带运输机，在矿井胶带运输机中电动机（8）、减速机（6）以及传动滚筒（2）依次连接，在传动滚筒（2）外套装有输送带（3），其特征在于：在矿井胶带运输机上设置有传感器单元，传感器单元与数据采集装置（5）的输入端相连，数据采集装置（5）的输出端与上位机（4）相连。通过在矿井胶带运输机上多处安装传感器，通过采集装置将各传感器输出的信号采集上传，当某点传感器输出超出阈值时及时进行预警，方便工作人员可根据预设定的采集点的位置找到矿井胶带运输机上对应的监测点，进行故障的诊断、确认和维修，避免出现更大的故障。

Description

矿井胶带运输机状态监测系统

技术领域

矿井胶带运输机状态监测系统，属于胶带运输机技术领域。

背景技术

矿井胶带运输机是煤矿关键的运输设备，主要负责将原煤从生产面到地面的运输，降低了工人的劳动强度，提高了煤矿的自动化水平。矿井胶带运输机作为一种连续的运输机械，其能否持续正常运行将直接关系到煤矿的经济效益及安全生产。由于胶带运输机设备部件多，机械设备的各零部件之间刚性连接，故障具有传导性、蔓延性，如果发现的不及时，容易造成小故障引发大故障。目前一些胶带运输机虽配置故障后的保护功能，或离线仪器仪表巡检方式，其缺陷是一方面要耗费大量的人力，另一方面，巡检周期较长，管理人员不能了解设备的实时运行状态，设备故障无法在早期发现，从而错过处理问题的最佳时机。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过设置传感器对矿井胶带运输机的工作状态进行监测，可以在胶带运输机发生故障时及时发现和处理的矿井胶带运输机状态监测系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该矿井胶带运输机状态监测系统，包括矿井胶带运输机，在矿井胶带运输机中电动机、减速机以及传动滚筒依次连接，在传动滚筒外套装有输送带，其特征在于：在矿井胶带运输机上设置有传感器单元，传感器单元与数据采集装置的输入端相连，数据采集装置的输出端与上位机相连；所述的传感器单元包括设置在所述电动机上的第一传感器组和设置在所述减速机上的第二传感器组。

优选的，所述的第一传感器组为固定在电动机后端的温度传感器以及安装在电动机输出端的温度传感器、径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器。

优选的，所述的第二传感器组为设置在减速机输入端以及输出端的温度传感器、径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器，以及安装在减速机本体上的径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器。

优选的，所述的数据采集装置包括中央处理单元、多组接口模块、通讯模块以及供电模块，所述的传感器组的信号输出端与接口模块相连，通过接口模块连接至中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输出端通过通讯模块与上位机相连。

优选的，所述的中央处理单元采用型号为STM32F103VET6的单片机U1，单片机U1的70~71脚同时连接USB模块U2的2~3脚，5V直流电源串联电感L1同时并联USB模块U2的1脚，并连接电容C1接地，USB模块U2的4~6脚接地，单片机U1的12~13脚分别通过电容C3~C2接地，单片机U1的12~13脚同时并联有电阻R1和晶振Y1，模拟信号电源3.3V串联电阻R2后同时并联单片机U1的14脚、电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电容C4的两端同时并联开关S1，单片机U1的6脚、11脚、28脚、50脚、75脚、100脚连接模拟信号电源3.3V，10脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地，单片机U1的58脚、87脚分别串联电阻R7~R8连接模拟信号电源3.3V，模拟信号电源3.3V分别串联发光二极管LED1、电阻R5以及发光二极管LED2、电阻R6连接单片机U1的98~97脚，数字信号电源3.3V并联单片机U1的22脚以及电容C9~C10的一端，电容C9~C10的另一端接地。

优选的，所述的接口模块包括集成运放U4，接线端子J1用于接入传感器的信号，接线端子J1的一端接数字地，另一端串联电容C1后同时并联电阻R10~R11的一端，电阻R11的另一端接数字地，电阻R10的另一端同时并联电阻R12的一端以及集成运放U4的同相输入端，电阻R12的另一端连接单片机U1的21脚，集成运放U4的反相输入端同时并联电阻R9以及电阻R24的一端，电阻R9的另一端接数字地，电阻R24的另一端连接集成运放U4的输出端，集成运放U4的输出端同时串联电阻R13~R14接数字地，电阻R13~14之间引出支路分别连接单片机U1的15脚~18脚、23脚~26脚、29脚~35脚以及67脚。

优选的，所述的供电模块包括型号为MP2467的稳压芯片U9以及型号为AMS1117-3.3V的稳压芯片U8、U10； 24V直流电源同时并联电容C26以及电阻R18的一端，电容C26的另一端接地，电阻R18的另一端同时并联稳压芯片U9的2脚以及电阻R19的一端，电阻R19的另一端接地；稳压芯片U9的3脚串联电容C27、电阻R20接地，稳压芯片U9的5脚接地，6脚串联电阻R23接地，7脚同时连接24V直流电源，8脚串联电容C29后并联至稳压芯片U9的1脚；稳压芯片U9的1脚同时并联二极管D1的阴极以及电感L4的一端，二极管D1的阳极接地；电感L4的另一端同时并联电容C28以及电阻R21的一端，电容C28的另一端接地，电阻R21的另一端同时并联电阻R22的另一端以及稳压芯片U9的4脚，电阻R22的另一端接地；稳压芯片U9的1脚用于输出上述的直流电源5V；

直流电源5V同时并联稳压芯片U8的3脚以及电容C23的一端，电容C23的另一端以及稳压芯片U8的1脚接地，稳压芯片U8的2脚与接地端之间并联电容C24~C25，稳压芯片U8的2脚输出电压为3.3V，作为模拟信号电源3.3V，模拟信号电源3.3V同时串联电阻R18和发光二极管LED4接地；

直流电源5V同时并联电容C22的一端以及电感L2的一端，电容C22的另一端接地并同时并联电感L3的一端，电感L2~L3的另一端之间并联有电容C19，直流电源5V经电感L2调理后作为数字信号电源5V，电感L2的另一端同时并联稳压芯片U7的3脚，稳压芯片U7的1脚接数字地，稳压芯片U7的2脚与数字地之间并联电容C20~C21，稳压芯片U7的2脚输出电压为3.3V，作为数字信号电源3.3V，数字信号电源3.3V同时串联电阻R17和发光二极管LED3接地。

优选的，所述的上位机为PC机或平板电脑。

 与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、本矿井胶带运输机状态监测系统，通过在矿井胶带运输机上多处安装传感器，通过采集装置将各传感器输出的信号采集上传，当某点传感器输出超出阈值时及时进行预警，方便工作人员可根据预设定的采集点的位置找到矿井胶带运输机上对应的监测点，进行故障的确认和维修，避免出现更大的故障，从根本上解决了因实时性滞后而错过发现和处理设备故障最佳时机的问题。

2、将振动、温度传感器安装于矿井胶带运输机对故障状态反应最为敏感的位置，最大限度的确保了设备状态监测数据的真实性。

3、各装置均采用通用装置实现，且各装置之间采用通用接口连接，成本低，运行可靠。

4、数据采集装置原理简单可靠，可实现±10V的电压信号或4~20mA电流信号的输入，应用广泛。

5、数据采集装置中采用的型号为STM32F103VET6的单片机或其他高速微处理器，在使用时可对各振动传感器输出信号实现高速采集，因而可以同时满足对振动传感器输出数据的时域和频域分析，方便对矿井胶带运输机的故障状态进行诊断。

附图说明

图1为矿井胶带运输机状态监测系统结构示意图。

图2为矿井胶带运输机状态监测系统原理方框图。

图3为数据采集装置原理方框图。

图4为数据采集装置中央处理单元电路原理图。

图5为数据采集装置接口模块电路原理图。

图6为数据采集装置通讯模块RS232接口电路原理图。

图7为数据采集装置电源隔离模块电路原理图。

图8~10为数据采集模块供电模块电路原理图。

其中：1、联轴器  2、传动滚筒  3、传输带  4、上位机  5、数据采集装置  6、减速机  7、液粘软启动器  8、电动机。

具体实施方式

图1~10是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~10对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，矿井胶带运输机状态监测系统，包括矿井胶带运输机、安装在矿井胶带运输机上的多个传感器，数据采集装置5以及上位机4。

矿井胶带运输机包括电动机8、液粘软启动器7、减速机6以及传动滚筒2。电动机8的输出轴与液粘软启动器7的输入端之间、液粘软启动器7的输出端与减速机6的输入端之间以及减速机6的输出端与传动滚筒2之间分别通过一个联轴器1进行连接。电动机8、液粘软启动器7、减速机6依次连接完成之后通过减速机6的输出端带动传动滚筒2转动，传输带3套装在传动滚筒2的外部，在传动滚筒2的带动下实现原煤自地下到地上的传输。

在矿井胶带运输机上安装有多个传感器（图中均未画出），传感器包括：安装在电动机8后端的一个温度传感器；安装在电动机8输出端的温度传感器、径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器；安装在减速机6输入端以及输出端的温度传感器、径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器，以及安装在减速机6本体上的径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器。将振动、温度传感器安装于矿井胶带运输机对故障状态反应最为敏感的位置，最大限度的确保了设备状态监测数据的真实性。

如图2所示，安装在矿井胶带运输机上的多个传感器与数据采集装置5上的数据接入口相连，并将其输出的数据送至数据采集装置5内。数据采集装置5的信号输出端与上位机4的信号输入端相连，将数据送至上位机4内进行显示、存储以及后期处理。当上位机4判断矿井胶带运输机上某点的数据超过预设定的阈值时，可在显示页面上进行警示，也可通过外接的报警设备进行报警。当出现预警或报警信号之后，工作人员可根据预设定的采集点的位置找到矿井胶带运输机上对应的监测点，进行故障的确认和维修，避免出现更大的故障，从根本上解决了因实时性滞后而错过发现和处理设备故障最佳时机的问题。

如图3所示，数据采集装置5包括中央处理单元、多组接口模块、通讯模块以及供电模块（图中未画出）。上述的各传感器的信号输出端与接口模块相连，通过接口模块连接至中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输出端通过通讯模块与上位机4相连。在本数据采集装5中，同时设置有RS232和USB两种通讯方式，接口模块设置有16组，可同时连接16个传感器。

如图4所示，中央处理单元采用型号为STM32F103VET6的单片机U1。单片机U1的70~71脚同时连接USB模块U2的2~3脚，5V直流电源串联电感L1同时并联USB模块U2的1脚，并连接电容C1接地。USB模块U2的4~6脚接地。单片机U1的12~13脚分别通过电容C3~C2接地，单片机U1的12~13脚同时并联有电阻R1和晶振Y1。模拟信号电源3.3V串联电阻R2后同时并联单片机U1的14脚、电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电容C4的两端同时并联开关S1。单片机U1的6脚、11脚、28脚、50脚、75脚、100脚连接模拟信号电源3.3V，10脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地。单片机U1的58脚、87脚分别串联电阻R7~R8连接模拟信号电源3.3V。模拟信号电源3.3V分别串联发光二极管LED1、电阻R5以及发光二极管LED2、电阻R6连接单片机U1的98~97脚。

数字信号电源3.3V并联单片机U1的22脚以及电容C9~C10的一端，电容C9~C10的另一端接地。内部ADC基准电压由基准电源芯片U3输出，基准电源芯片U3的1脚同时并联3脚、电容C5的一端、以及单片机U1的21脚，电容C5的另一端接数字地。基准电源芯片U3的2脚同时并联单片机U1的20脚、电容C6的一端，电容C6的另一端连接数字信号电源3.3V。基准电源芯片U3的3脚串联电阻R4连接数字信号电源3.3V，单片机U1的20脚~21脚之间同时并联电容C7~C8。基准电源芯片U3的型号为TL431A。本数据采集装置5中采用的型号为STM32F103VET6的单片机U1，在使用时可对各传感器（特别是振动传感器）输出的数据实现高速采集，因而可以同时满足对传感器（特别是振动传感器）输出数据的时域和频域分析，方便对矿井胶带运输机的故障进行诊断。单片机U1也可采用其他型号的高速微处理器进行实现。

如图5所示，接口模块包括集成运放U4，集成运放U4可使用多种型号的集成运放芯片实现。接线端子J1用于接入传感器的信号，接线端子J1的一端接数字地，另一端串联电容C1后同时并联电阻R10~R11的一端，电阻R11的另一端接数字地，电阻R10的另一端同时并联电阻R12的一端以及集成运放U4的同相输入端，电阻R12的另一端连接单片机U1的21脚。集成运放U4的反相输入端同时并联电阻R9以及电阻R24的一端，电阻R9的另一端接数字地，电阻R24的另一端连接集成运放U4的输出端。集成运放U4的输出端同时串联电阻R13~R14接数字地，电阻R13~14之间引出支路连接单片机U1。如上所述，接口模块设置有16组，分别连接单片机U1的15脚~18脚、23脚~26脚、29脚~35脚以及67脚。通过接口模块可实现±10V的电压信号或4~20mA电流信号的输入，应用广泛。

如图6所示，通讯模块的RS232通讯方式通过型号为SP3232的集成芯片U5实现。集成芯片U5的1脚与3脚之间并联电容C14、4脚与5脚之间并联电容C15，6脚同时串联C16接地。集成芯片U5的9~12脚分别连接单片机U1的48脚、47脚、68脚、69脚。集成芯片U5的7~8脚，13~14脚通过串口接头与上位机4连接。集成芯片U5的2脚串联电容C13、电容C17接地，15脚接地，16脚连接模拟信号电源3.3V。

如图7所示，电源隔离模块包括型号为B0505S-1W的电源隔离芯片U6。电源隔离芯片U6的2脚连接直流电源5V，1脚接地。电源隔离芯片U2的的3脚连接电容C18、电阻R16的一端以及发光二极管LED2的阴极，电容C18以及电阻R16的另一端连接电源隔离芯片U2的4脚，发光二极管LED2的阳极通过电阻R15连接电源隔离芯片U6的4脚。

在图8~10所示的供电模块中，包括图8中型号为MP2467的稳压芯片U9以及图9~10中所示的型号为AMS1117-3.3V的稳压芯片U8、U10。如图8所示，24V直流电源同时并联电容C26以及电阻R18的一端，电容C26的另一端接地，电阻R18的另一端同时并联稳压芯片U9的2脚以及电阻R19的一端，电阻R19的另一端接地。稳压芯片U9的3脚串联电容C27、电阻R20接地。稳压芯片U9的5脚接地，6脚串联电阻R23接地，7脚同时连接24V直流电源，8脚串联电容C29后并联至稳压芯片U9的1脚。稳压芯片U9的1脚同时并联二极管D1的阴极以及电感L4的一端，二极管D1的阳极接地。电感L4的另一端同时并联电容C28以及电阻R21的一端，电容C28的另一端接地，电阻R21的另一端同时并联电阻R22的另一端以及稳压芯片U9的4脚，电阻R22的另一端接地。稳压芯片U9的1脚用于输出上述的直流电源5V。

如图9所示，直流电源5V同时并联稳压芯片U8的3脚以及电容C23的一端，电容C23的另一端以及稳压芯片U8的1脚接地。稳压芯片U8的2脚与接地端之间并联电容C24~C25，稳压芯片U8的2脚输出电压为3.3V，作为上述的模拟信号电源3.3V。模拟信号电源3.3V同时串联电阻R18和发光二极管LED4接地，发光二极管LED4作为模拟信号电源3.3V的状态指示灯。

如图10所示，直流电源5V同时并联电容C22的一端以及电感L2的一端，电容C22的另一端接地并同时并联电感L3的一端。电感L2~L3的另一端之间并联有电容C19，直流电源5V经电感L2调理后作为数字信号电源5V。电感L2的另一端同时并联稳压芯片U7的3脚，稳压芯片U7的1脚接数字地。稳压芯片U7的2脚与数字地之间并联电容C20~C21，稳压芯片U7的2脚输出电压为3.3V，作为上述的数字信号电源3.3V。数字信号电源3.3V同时串联电阻R17和发光二极管LED3接地，发光二极管LED3作为数字电源3.3V的状态指示灯。

具体工作过程及工作原理如下：

胶带运输机上电之后，电动机8转动，电动机8通过液粘软启动器7和减速机6带动传动滚筒2转动，传动滚筒2带动套装在其外部的传输带3实现原煤到地上的传输。

胶带运输机在工作过程中，安装在胶带运输机中电动机8和减速机6上的多个传感器对电动机8和减速机6的工作状态进行监测，并将监测到的数据通过数据采集装置5的接口模块送至数据采集装置5内。数据采集装置5可定时或实时对各传感器的数据进行采集，并将采集到的数据上传至上位机内，在上位机中进行显示、存储以及后期的数据处理。

在本矿井胶带运输机状态监测系统中，上位机4同时可通过多种形式实现，如笔记本电脑等，在本本矿井胶带运输机状态监测系统中，优选采用平板电脑。传感器的数量及安装位置也不限于上述的位置及数量。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.矿井胶带运输机状态监测系统，包括矿井胶带运输机，在矿井胶带运输机中电动机（8）、减速机（6）以及传动滚筒（2）依次连接，在传动滚筒（2）外套装有输送带（3），其特征在于：在矿井胶带运输机上设置有传感器单元，传感器单元与数据采集装置（5）的输入端相连，数据采集装置（5）与上位机（4）相连；所述的传感器单元包括设置在所述电动机（8）上的第一传感器组和设置在所述减速机（6）上的第二传感器组。

2. 根据权利要求1所述的矿井胶带运输机状态监测系统，其特征在于：所述的第一传感器组为固定在电动机（8）后端的温度传感器以及安装在电动机（8）输出端的温度传感器、径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器。

3. 根据权利要求1所述的矿井胶带运输机状态监测系统，其特征在于：所述的第二传感器组为设置在减速机（6）输入端以及输出端的温度传感器、径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器，以及安装在减速机（6）本体上的径向水平振动传感器、径向垂直振动传感器。

4.根据权利要求1所述的矿井胶带运输机状态监测系统，其特征在于：所述的数据采集装置包括中央处理单元、多组接口模块、通讯模块以及供电模块，所述的传感器组的信号输出端与接口模块相连，通过接口模块连接至中央处理单元的信号输入端，中央处理单元的信号输出端通过通讯模块与上位机（4）相连。

5.根据权利要求4所述的矿井胶带运输机状态监测系统，其特征在于：所述的中央处理单元采用型号为STM32F103VET6的单片机U1，单片机U1的70~71脚同时连接USB模块U2的2~3脚，5V直流电源串联电感L1同时并联USB模块U2的1脚，并连接电容C1接地，USB模块U2的4~6脚接地，单片机U1的12~13脚分别通过电容C3~C2接地，单片机U1的12~13脚同时并联有电阻R1和晶振Y1，模拟信号电源3.3V串联电阻R2后同时并联单片机U1的14脚、电容C4的一端，电容C4的另一端接地，电容C4的两端同时并联开关S1，单片机U1的6脚、11脚、28脚、50脚、75脚、100脚连接模拟信号电源3.3V，10脚、27脚、49脚、74脚、99脚接地，单片机U1的58脚、87脚分别串联电阻R7~R8连接模拟信号电源3.3V，模拟信号电源3.3V分别串联发光二极管LED1、电阻R5以及发光二极管LED2、电阻R6连接单片机U1的98~97脚，数字信号电源3.3V并联单片机U1的22脚以及电容C9~C10的一端，电容C9~C10的另一端接地。

6.根据权利要求4所述的矿井胶带运输机状态监测系统，其特征在于：所述的接口模块包括集成运放U4，接线端子J1用于接入传感器的信号，接线端子J1的一端接数字地，另一端串联电容C1后同时并联电阻R10~R11的一端，电阻R11的另一端接数字地，电阻R10的另一端同时并联电阻R12的一端以及集成运放U4的同相输入端，电阻R12的另一端连接单片机U1的21脚，集成运放U4的反相输入端同时并联电阻R9以及电阻R24的一端，电阻R9的另一端接数字地，电阻R24的另一端连接集成运放U4的输出端，集成运放U4的输出端同时串联电阻R13~R14接数字地，电阻R13~14之间引出支路分别连接单片机U1的15脚~18脚、23脚~26脚、29脚~35脚以及67脚。

7.根据权利要求4所述的矿井胶带运输机状态监测系统，其特征在于：所述的供电模块包括型号为MP2467的稳压芯片U9以及型号为AMS1117-3.3V的稳压芯片U8、U10； 24V直流电源同时并联电容C26以及电阻R18的一端，电容C26的另一端接地，电阻R18的另一端同时并联稳压芯片U9的2脚以及电阻R19的一端，电阻R19的另一端接地；稳压芯片U9的3脚串联电容C27、电阻R20接地，稳压芯片U9的5脚接地，6脚串联电阻R23接地，7脚同时连接24V直流电源，8脚串联电容C29后并联至稳压芯片U9的1脚；稳压芯片U9的1脚同时并联二极管D1的阴极以及电感L4的一端，二极管D1的阳极接地；电感L4的另一端同时并联电容C28以及电阻R21的一端，电容C28的另一端接地，电阻R21的另一端同时并联电阻R22的另一端以及稳压芯片U9的4脚，电阻R22的另一端接地；稳压芯片U9的1脚用于输出上述的直流电源5V；

直流电源5V同时并联稳压芯片U8的3脚以及电容C23的一端，电容C23的另一端以及稳压芯片U8的1脚接地，稳压芯片U8的2脚与接地端之间并联电容C24~C25，稳压芯片U8的2脚输出电压为3.3V，作为模拟信号电源3.3V，模拟信号电源3.3V同时串联电阻R18和发光二极管LED4接地；

直流电源5V同时并联电容C22的一端以及电感L2的一端，电容C22的另一端接地并同时并联电感L3的一端，电感L2~L3的另一端之间并联有电容C19，直流电源5V经电感L2调理后作为数字信号电源5V，电感L2的另一端同时并联稳压芯片U7的3脚，稳压芯片U7的1脚接数字地，稳压芯片U7的2脚与数字地之间并联电容C20~C21，稳压芯片U7的2脚输出电压为3.3V，作为数字信号电源3.3V，数字信号电源3.3V同时串联电阻R17和发光二极管LED3接地。

8.根据权利要求1所述的矿井胶带运输机状态监测系统，其特征在于：所述的上位机（4）为PC机或平板电脑。