JP5679707B2

JP5679707B2 - ベルトコンベア監視システム

Info

Publication number: JP5679707B2
Application number: JP2010143454A
Authority: JP
Inventors: 松本　三千緒; 三千緒松本; 裕道宮崎
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: JP2012006703A

Description

本発明は、ベルトコンベアのベルトの蛇行を監視するベルトコンベア監視システムに関する。

トンネル工事では、連続ベルトコンベア等の長距離ベルトコンベアが荷（ずり）搬出に利用される。かかる長距離ベルトコンベアにおいて、ベルトが蛇行した場合には、ベルトが周辺のフレーム等に擦れて損傷したり、ベルトコンベアの曲線部において脱策してフレームから外れてしまうおそれがある。かかる事態が発生すると、ベルトコンベアの稼働率が著しく低下することになるため、かかるベルトコンベアにベルトの蛇行を検出するセンサを設けることが行われている（特許文献１，２，３参照）。

特開昭５５−７０６１２号公報特開平１１−７９３４３号公報特開２００８−１２７１７７号公報

従来のベルトコンベアでは、ベルトの幅方向縁部が設計位置からずれて走行している場合に、センサがずれを検出するようになっているが、ベルトコンベアに曲線部がある場合には、走行中と停止中ではベルトにかかる張力が異なるため、停止状態において、ベルトが設計位置からずれてしまうことがある。また、ベルト上に荷が不均等に載置された場合には、ベルトが瞬間的に設計位置からずれて走行する可能性がある。このように、ベルトが設計位置からずれただけで異常と判定すると、実際には正常な場合であっても異常と判定してしまうおそれがある。

本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、ベルトの蛇行に関する異常を好適に判定することが可能なベルトコンベア監視システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明のベルトコンベア監視システムは、荷を搬送するベルトを有するベルトコンベアと、前記ベルトの幅方向のずれを検出するセンサと、前記センサの検出結果に基づいて、前記ベルトの蛇行に関する異常を判定する判定部と、前記判定部による判定結果を通知する通知部と、を備えるベルトコンベア監視システムであって、前記判定部は、等間隔に設定された複数の所定期間ごとに、一の前記所定期間内において前記センサによって前記ベルトの幅方向のずれが検出された時間の合計が閾値を超えた場合に、前記ベルトの蛇行に関する異常が発生していると判定することを特徴とする。

かかる構成によると、ベルトのずれが検出された時間が所定期間において閾値を超えた場合に、ベルトの蛇行に関する異常が発生していると判定し、当該異常を通知するので、荷の不均等な載置等によるベルトの一時的なずれを異常と判定することを防ぎ、ベルトの蛇行に関する異常を好適に判定することができる。

また、前記センサは、前記ベルトのリターン側におけるずれを検出する構成であってもよい。

かかる構成によると、リターン側のベルトの蛇行に関する異常を判定するので、荷の不均等な載置によるベルトの一時的なずれによる影響を予め回避して、ベルトの蛇行に関する異常を好適に判定することができる。

本発明によれば、ベルトの蛇行に関する異常を好適に判定することができる。

本発明の実施形態に係るベルトコンベア監視システムを模式的に示す図である。本発明の実施形態に係るベルトコンベアを示す斜視図である。本発明の実施形態に係るベルトコンベアを示す図であり、（ａ）は正面から見た断面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施形態に係る電源ユニットを示す回路図である。本発明の実施形態に係る変換ユニットを示す回路図である。本発明の実施形態に係る監視ユニットを示す回路図である。本発明の実施形態に係る判定部を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る判定部による判定手法を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るベルトコンベア監視システム１は、ベルトの蛇行に関する異常を判定するシステムであり、ベルトコンベア１０と、ベルトコンベア制御装置２０と、複数のリミットスイッチ３０と、複数の電源ユニット４０と、変換ユニット５０と、複数の監視ユニット６０と、コンピュータ７０と、を備える。

＜ベルトコンベア１０＞
図２に示すように、ベルトコンベア１０は、フレーム１１と、フレーム１１に回転可能に軸支されるキャリアローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、フレーム１１に回転可能に軸支されるリターンローラ１３と、キャリアローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、リターンローラ１３、メインドライブ及び中間ブースター（不図示）に巻回されるベルト（本実施形態では、無端ベルト）１４と、を備える。かかるベルト１４において、キャリアローラ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ上に延設される上側のベルトは、荷（ずり）が載置されて当該荷を搬送するキャリア側ベルト１４ａであり、リターンローラ１３上に延設される下側のベルトは、送り返されるリターン側ベルト１４ｂである。

なお、ベルトコンベア１０のベルト１４が蛇行する原因としては、以下の事項が挙げられる。
障害物（ベルト１４とフレームとの間への落下物、他の機器の接触等）
フレームの変形（ベルト１４の架台の緩み、吊り治具の伸び等）
ローラの故障（ローラへの付着物、ベアリングの磨耗、ローラの破損）
ベルトの張力の偏り（ベルト１４の幅方向への亀裂・損傷による張力の偏り）
張力異常（メインドライブ、中間ブースター等の回転同期のずれ）

＜ベルトコンベア制御装置２０＞
ベルトコンベア制御装置２０は、運転信号をベルトコンベア１０のメインドライブ及び中間ブースター（不図示）へ出力することによって、これらメインドライブ及び中間ブースターを回転させ、ベルト１４を走行させる。また、ベルトコンベア制御装置２０は、前記した運転信号を後記する判定部８０のゲート部（図７参照）へ出力する。

＜リミットスイッチ３０＞
リミットスイッチ３０は、ベルト１４の幅方向のずれを検出するセンサの一種であり、図２及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、ベルト１４の幅方向縁部の設計位置から、その外側に所定距離だけ離れた場所に設置されている。本実施形態において、リミットスイッチ３０は、ベルト１４の全周にわたって当該ベルトのずれを検出するために、ベルト１４の走行方向の所定間隔ごとに、キャリア側ベルトの両脇と、リターン側ベルトの両脇と、にそれぞれ設置されている。ベルト１４がリミットスイッチ３０に接触している間、リミットスイッチ３０は、ＯＮ状態信号を監視ユニット５０へ出力し続ける。

＜電源ユニット４０＞
電源ユニット４０は、変換ユニット５０及び監視ユニット６０へ電力を供給するものであり、本実施形態では、外部電源（例えば、商用電源）からの交流電力を直流電力に変換して変換ユニット５０及び監視ユニット６０へ供給するとともに、ユーザの操作に基づいて、外部電源から変換ユニット５０及び監視ユニット６０への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。

図４に示すように、電源ユニット４０は、交流電力を直流電力へ変換する電源部４１と、電源部４１の上位側に電気的に接続されたスイッチ４２と、電源部４１の上位側及び下位側にそれぞれ電気的に接続された２個のＬＥＤ（Light Emitting Diode）４３と、を備える。ＬＥＤ４３は、点灯によって当該電源ユニット４０の作動状態を示すパイロット用である。これら電源部４１、スイッチ４２及びＬＥＤ４３は、基板上に実装されて図４に示す電子回路を構成し、透明なケースに収容される。

＜変換ユニット５０＞
変換ユニット５０は、コンピュータ７０からのＲＳ２３２Ｃ信号をＲＳ４８５信号に変換して監視ユニット６０へ伝送したり、逆に、監視ユニット６０からのＲＳ４８５信号をＲＳ２３２Ｃ信号に変換してコンピュータ７０へ伝送したりする。

図５に示すように、変換ユニット５０は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）５１と、９個のＬＥＤ５２と、２個のＤＩＰ（Dual In-line Package）スイッチ５３と、２個のＥＥＰＲＯＭ（Electronic Erasable Programmable Read Only Memory）５４と、ＲＳ４８５ドライバ／レシーバ５５と、ＰＯＬ（Point Of Load）電源５６と、を備える。これらＭＰＵ５１、ＬＥＤ５２、ＤＩＰスイッチ（ＳＷ）５３、ＥＥＰＲＯＭ５４、ＲＳ４８５ドライバ／レシーバ５５及びＰＯＬ電源５６は、基板上に実装されて図５に示す電子回路を構成し、透明なケースに収容される。この変換ユニット５０は、後記する監視ユニット６０と同様の回路構成を有しており、監視ユニット６０の電子回路が実装された基板を兼用可能となっている。なお、図５において、ＭＰＵ５１とＬＥＤ５２とを接続する配線に「９」という数字が付されているのは、ＭＰＵ５１に９個のＬＥＤ５２が接続されていることを示しており、これは、ＤＩＰスイッチ５３、ＥＥＰＲＯＭ５４についても同様である。

かかる変換ユニット５０は、ＲＳ２３２Ｃ信号とＲＳ４８５信号とを相互変換する機能に加え、ファームウェア書き込みプログラムをパソコン７０からＭＰＵ５１内のＲＡＭ（Random Access Memory）にダウンロードして実行する機能を備える。

また、変換ユニット５０は、接続方式としてディジーチェーンを採用しているため、パソコン７０による変換ユニット５０のユニットＩＤの自動検索が可能となっている。

変換ユニット５０の通信制御プロトコルは、以下のように構成されている。
アイドル状態では、パソコン７０からのコマンドブロック送信を待つため、ＵＤ（上位のパソコン７０側）→ＤＤ（下位の他ユニット側）のパスをイネーブル（有効化）する。
コマンドブロック送信完了後は、レスポンスブロック送信を行うため、コマンドブロック内のパラメータで指定された期間、ＤＤ→ＵＤのパスをイネーブルする。
レスポンスブロック送信時には、コマンドブロックにて指定された応答ＩＤが自変換ユニット５０のユニットＩＤであれば、ＲＳ４８５ドライバ／レシーバ６５内のセレクタを切り換えて自ユニットのレスポンスブロックを送信し、コマンドブロックにて指定された応答ＩＤが自ユニットのユニットＩＤでなければ、下位の監視ユニット６０のレスポンスブロックをそのまま上位（パソコン７０）へ転送する。

＜監視ユニット６０＞
監視ユニット６０は、リミットスイッチ３０の状態を監視して監視結果を記憶するとともに、監視結果に基づいて、ベルト１４の蛇行に関する異常が発生しているか否かを判定する。

図６に示すように、監視ユニット６０は、８個のリミットスイッチ３０と通信可能に接続されており、ＭＰＵ６１と、９個のＬＥＤ６２と、２個のＤＩＰスイッチ６３と、２個のＥＥＰＲＯＭ６４と、ＲＳ４８５ドライバ／レシーバ６５と、ＰＯＬ電源６６と、を備える。これらＭＰＵ６１、ＬＥＤ６２、ＤＩＰスイッチ６３、ＥＥＰＲＯＭ６４、ＲＳ４８５ドライバ／レシーバ６５及びＰＯＬ電源は、基板上に実装されて図６に示す電子回路を構成し、透明なケースに収容される。なお、図６において、ＭＰＵ６１とＬＥＤ６２とを接続する配線に「９」という数字が付されているのは、ＭＰＵ６１に９個のＬＥＤ６２が接続されていることを示しており、これは、ＤＩＰスイッチ６３、ＥＥＰＲＯＭ６４及びリミットスイッチ入力についても同様である。

かかる監視ユニット６０は、以下の機能を有する。
リミットスイッチ８０の状態を監視する機能。
パソコン７０との通信を制御する機能。
ファームウェア書き込みプログラムをパソコン７０からＭＰＵ６１内のＲＡＭにダウンロードして実行する機能。

また、監視ユニット６０は、接続方式としてディジーチェーンを採用しているため、パソコン７０による監視ユニット６０のユニットＩＤの自動検索が可能となっている。９個のＬＥＤ６２のうち、１個のＬＥＤ６２（例えば、赤色）は、当該監視ユニット６０のパイロット用であり、点灯で電源ＯＮ状態、消灯で電源ＯＦＦ状態、早い点滅で通信中、遅い点滅でリミットスイッチ８０の監視にエラーが発生したことを表示するように構成されている。９個のＬＥＤ６２のうち、残り８個のＬＥＤ６２（前記したパイロット用のＬＥＤ６２とは別色であり、例えば、橙色）は、対応するリミットスイッチ３０の状態を表示するものであり、点灯で電源ＯＮ状態、消灯で電源ＯＦＦ状態、点滅でエラー発生を表示するように構成されている。

監視ユニット６０の通信制御プロトコルは、以下のように構成されている。
アイドル状態では、パソコン７０からのコマンドブロック送信を待つため、ＵＤ→ＤＤのパスをイネーブルする。
コマンドブロック送信完了後は、レスポンスブロック送信を行うため、コマンドブロック内のパラメータで指定された期間、ＤＤ→ＵＤのパスをイネーブルする。
レスポンスブロック送信時には、コマンドブロックにて指定された応答ＩＤが自監視ユニット６０のユニットＩＤであれば、ＲＳ４８５ドライバ／レシーバ６５内のセレクタを切り換えて自監視ユニット６０のレスポンスブロックを送信し、コマンドブロックにて指定された応答ＩＤが自監視ユニット６０のユニットＩＤでなければ、下位の他監視ユニット６０のレスポンスブロックをそのまま上位（パソコン７０側）へ転送する。

＜パソコン７０＞
パソコン７０は、キーボード、マウス等からなる入力部と、ディスプレイ、スピーカ等からなる出力部と、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる制御部と、を備えており、変換ユニット５０を介して複数の監視ユニット６０と通信可能に接続されている。

≪判定部８０≫
図７に示すように、監視ユニット６０のＭＰＵ６１は、８個のリミットスイッチ３０に対応して８個の判定部８０を備える。判定部８０は、機能ブロックとして、カウンタ部８１と、クロック部８２と、タイマ部８３と、メモリ部８４と、比較部８５と、ゲート部８６と、を備える。

カウンタ部８１は、クロック部８２が刻む時刻に基づいて、リミットスイッチ３０から出力されたＯＮ状態信号の出力時間をカウントし、カウント結果を比較部８５へ出力する。

タイマ部８３は、一定時間経過ごとに、カウンタ部８１によるカウント結果（リミットスイッチ３０から出力されたＯＮ状態信号の出力時間）をリセットする。

メモリ部８４には、カウント結果が正常であるか否かを判定するための閾値が予め記憶されている。

比較部８５は、カウンタ部８１から出力されたカウント結果と、メモリ部８４に記憶された閾値とを比較し、カウント結果が閾値を超えた場合に、ベルト１４の蛇行に関する異常を示す異常信号（ＯＮ信号）をゲート部８６へ出力する。

ここで、図８のグラフを参照して、判定部８０による判定手法についてより詳細に説明する（適宜図７参照）。図８において、縦軸はリミットスイッチ３０の状態（ＯＮはベルト１４がリミットスイッチ３０に接触してＯＮ状態信号が出力されている状態、ＯＦＦはベルト１４がリミットスイッチ３０に接触していない状態）を表し、横軸は、時刻を表す。

図８に示すように、カウンタ部８１は、時刻ｔ_０においてカウントを開始してカウント結果を比較部８５へ出力する、タイマ部８３は、カウント開始以降所定期間（一定時間経過）ごと（等間隔な時刻ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３，ｔ_４）にカウンタ部８１によるカウント結果をリセットする。ここで、時刻ｔ_２〜ｔ_３の期間におけるＯＮ状態信号の出力時間の合計Ｔ_１＋Ｔ_２は、メモリ部８４に記憶された閾値以下であるため、比較部８５は、異常信号を出力しない。一方、時刻ｔ_３〜ｔ_４の期間におけるＯＮ状態信号の出力時間の合計Ｔ_３＋Ｔ_４は、メモリ部８４に記憶された閾値を超えるため、閾値を超えた時点で、比較部８５は、異常信号をゲート部８６へ出力する。

図７に戻り、ゲート部８６は、比較部８５から出力された異常信号が入力され、かつ、ベルトコンベア制御装置２０から出力された運転信号が入力されている場合（ベルトコンベア１０が運転状態である場合）に、異常信号を、判定部８０による判定結果を利用者へ通知する通知部の具体例であるパソコン７０及びＬＥＤ６２へ出力する。なお、パソコン７０は、監視ユニット６０のユニットＩＤの自動検索を行うことにより、異常信号を出力した監視ユニット６０を特定することができるため、異常信号が入力されたパソコン７０の出力部であるディスプレイには、ベルトコンベア１０のどの位置で蛇行に関する異常が発生しているかが表示される。また、異常信号が入力されたＬＥＤ６２は、遅い点滅を繰り返すことによって異常を通知する。

ここで、ゲート部８６は、比較部８５から出力された異常信号が入力された場合であっても、ベルトコンベア制御装置２０から出力された運転信号が入力されていない場合（ベルトコンベア１０が停止状態である場合）には、異常信号を出力しない。これは、ベルトコンベア１０の停止状態においてベルト１４が設計位置からずれることを異常判定することを防ぐための措置である。

本発明の実施形態に係るベルトコンベア監視システム１は、ベルト１４がリミットスイッチ３０に接触した時間が所定期間において閾値を超えた場合に、ベルト１４の蛇行に関する異常が発生していると判定し、当該異常を通知するので、荷の不均等な載置等によるベルト１４のリミットスイッチ３０への一時的な接触を異常と判定することを防ぎ、ベルト１４の蛇行に関する異常を好適に判定することができる。

すなわち、本発明の実施形態に係るベルトコンベア監視システム１は、ベルトコンベア１０の全体をリアルタイムに監視することができるため、曲線部での脱策の危険性等を即座に捉え、大事故発生前にベルトコンベア１０の運転停止等の措置を可能とし、ベルトコンベア１０のトラブルを未然に防ぐことができ、トンネル掘削等の施工効率を高めることができる。また、本発明の実施形態に係るベルトコンベア監視システム１は、ベルトコンベア１０を自動的に監視するので、点検の労力を大幅に削減することができ、さらには、早期に異常を発見することができるので、保守の効率を高めることができる。

また、本発明の実施形態に係るベルトコンベア監視システム１は、リターン側ベルト１４ｂの蛇行に関する異常を判定するので、荷の不均等な載置によるベルト１４のリミットスイッチ３０への一時的な接触を予め回避して、ベルト１４の蛇行に関する異常を好適に判定することができる。

以上、本発明の実施形態について実施形態を参照して説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、センサはリミットスイッチ３０に限定されず、超音波センサ等、ベルト１４の幅方向の位置を検出可能なセンサであればよい。また、判定部８０は、電気回路によっても構成可能である。また、比較部８５が、異常であると判定されたリミットスイッチ３０のスイッチＩＤを含む異常信号を生成して出力することによって、パソコン７０の出力部であるディスプレイにおいて、ベルトコンベア１０のどの位置で蛇行に関する異常が発生しているかが、より詳細に表示される構成とすることも可能である。

１ベルトコンベア監視システム
１０ベルトコンベア
１４ベルト
３０リミットスイッチ（センサ）
６２ＬＥＤ（通知部）
７０パソコン（通知部）
８０判定部

Claims

荷を搬送するベルトを有するベルトコンベアと、
前記ベルトの幅方向のずれを検出するセンサと、
前記センサの検出結果に基づいて、前記ベルトの蛇行に関する異常を判定する判定部と、
前記判定部による判定結果を通知する通知部と、
を備えるベルトコンベア監視システムであって、
前記判定部は、等間隔に設定された複数の所定期間ごとに、一の前記所定期間内において前記センサによって前記ベルトの幅方向のずれが検出された時間の合計が閾値を超えた場合に、前記ベルトの蛇行に関する異常が発生していると判定する
ことを特徴とするベルトコンベア監視システム。
前記センサは、前記ベルトのリターン側におけるずれを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のベルトコンベア監視システム。