带式输送机托辊超温检测系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种带式输送机托辊超温检测系统及其控制方法，属于输送机械自动控制技术领域。

背景技术：

输送机械作为散装物料最主要的输送设备，广泛应用于港口、铁路、粮食、煤炭、化工等行业，近年来，输送机械向着长距离、大运量、高带速等方向发展，且逐步从单机应用向多级输送、空间立体交叉输送系统、多种类输送设备集成应用转变，随着输送系统功能多元化及设备复杂程度的提高，对输送系统各个设备及输送线整体的可靠性要求越来越高。

输送机械行业属于传统的装备制造业，国内的输送机械生产企业比较多，但大多为普通的带式输送机械产品或其配件生产企业，产品比较单一，技术含量比较低，基本属于劳动密集型生产企业。经过多年的发展，产品水平逐步得到提高，主要是在输送量和输送距离的提升方面，但在产品数字化、故障检测、集中控制方面发展缓慢。

带式输送机通常使用托辊支撑皮带，输送机的工作环境通常较差，托辊轴承内容易进入粉尘等杂物，轴承损坏导致托辊卡死，皮带在托辊表面持续摩擦，使得托辊温度不断升高，极易导致火灾、爆炸等事故。

技术实现要素：

本发明为解决目前技术中存在的问题，提供一种带式输送机托辊超温检测系统及其控制方法。它能避免托辊因卡死使得皮带温度持续升高易引发火灾的问题，且工作稳定、控制精度高、成本低廉。

本发明采用以下技术方案予以实现：

一种带式输送机托辊超温检测系统，它包括若干托辊组、若干超温检测单元和工控机，所述超温检测单元安装在所述托辊组上，且与工控机通过CAN总线传输信号。

所述托辊组包括两个及以上托辊；所述超温检测单元的数量与托辊的数量一致，每个托辊组对应一组超温检测单元。

所述托辊组包括第一轴承、第一支架、第二轴承、第三轴承、第二支架、底座、第一托辊、第二托辊、第三托辊，所述第二托辊位于中间位置，水平放置，所述第一托辊、第三托辊、位于第二托辊的两侧，并对称向外向上方向倾斜，支撑第一托辊、第三托辊的第一支架、第二支架与相应的托辊相适应，第一支架、第二支架的底部都固定在底座上。

所述超温检测单元包括第一超温检测单元、第二超温检测单元28、第三超温检测单元。

优选的，所述一个托辊组包括的第一托辊、第二托辊和第三托辊三个托辊，分别对应第一超温检测单元、第二超温检测单元和第三超温检测单元，所述第一超温检测单元、第二超温检测单元和第三超温检测单元结构相同。

所述第一超温检测单元包括第一超温开关、第二超温开关、单片机和CAN总线收发芯片；第二超温检测单元包括第三超温开关、第四超温开关、单片机和CAN总线收发芯片；第三超温检测单元包括第五超温开关、第六超温开关、单片机和CAN总线收发芯片。

所述第一超温开关、第二超温开关、第三超温开关、第四超温开关、第五超温开关以及第六超温开关的一端与单片机的I/O连接，另一端接地；单片机通过CAN总线收发芯片接入CAN总线。

所述第一超温开关和第二超温开关设置在第一轴承上，第三超温开关和第四超温开关设置在第二轴承上；第五超温开关、第六超温开关设置在第三轴承上。

第一超温检测单元、第二超温检测单元、第三超温检测单元的单片机和CAN总线收发芯片分别封装在第一陶瓷盒、第二陶瓷盒和第三陶瓷盒内；第一陶瓷盒安装在第一支架上，第二陶瓷盒和第三陶瓷盒安装在第二支架上。

所述工控机通过CAN总线向单片机发送查询指令，并接收单片机返回的数据信息；单片机接收并处理工控机发送的查询指令，通过CAN总线收发芯片返回应答信息；单片机将I/O状态打包成数据帧，实时发送至工控机。

所述第一轴承包括外圈、内圈、位于外圈和内圈之间的钢球，第二轴承、第三轴承与第一轴承结构相同。

所述第一超温开关从上往下依次包括铜片、铜制顶盖、双向记忆合金弹簧、铜制底板，所述铜制顶盖和铜制底板之间、双向记忆合金弹簧的外围设有圆筒形外罩，圆筒形外罩与铜制底板连接；所述铜片和铜制顶盖分别连接单片机的I/O端口和地；双向记忆合金弹簧置于焊接在铜制底板上的圆筒形外罩内部，一端与铜制底板连接，另一端与铜制顶盖连接；当外界温度上升至双向记忆合金弹簧的相变温度时弹簧伸长，铜片和铜制顶盖接触，第一超温开关闭合；所述第二超温开关、第三超温开关、第四超温开关、第五超温开关、第六超温开关同理。

所述第一超温开关采用高温导热胶将铜制底板粘贴在第一托辊的内圈21；第二超温开关采用高温导热胶将铜制底板粘贴在第一托辊的内圈；第三超温开关和第四超温开关使用高温导热胶将铜制底板粘贴在第二托辊的内圈；第五超温开关、第六超温开关以同样的方式粘贴在第三托辊的内圈。

所述单片机为STC15W408AS，CAN总线收发芯片为TJA1050。

所述工控机的RS232接口与CAN-232转换器连接，CAN-232转换器接入CAN总线；CAN总线收发芯片TJA1050的CANH引脚接CAN总线的CANH信号线，TJA1050的CANL引脚接CAN总线的CANL信号线，TJA1050的Txd引脚和Rxd引脚与单片机的I/O口连接。

上述带式输送机托辊超温检测系统的控制方法，包括以下步骤：

①带式输送机开始运行时，启动托辊超温检测系统，超温检测单元上电，操作员通过工控机的人机界面查看带式输送机的运行情况及托辊超温检测系统提示的报警信息。

②在带式输送机运行过程中，当第一轴承1的温度达到50℃时，第一超温开关闭合，与第一超温开关连接的单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机的人机界面显示报警信息。

当第一轴承的温度达到70℃时，第二超温开关闭合，与第二超温开关连接的单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机发出急停指令，带式输送机停机；

当第二轴承的温度达到50℃时，第三超温开关闭合，人机界面显示报警信息；当第二轴承的温度达到70℃时，第四超温开关闭合，工控机发出急停指令，带式输送机停机。

当第三轴承的温度达到50℃时，第三超温开关闭合，工控机的人机界面显示报警信息；当第三轴承的温度达到70℃时，第四超温开关闭合，工控机发出急停指令，带式输送机停机。

③工控机每隔1min通过CAN总线向超温检测单元发送查询指令，若在5s内未收到某个检测单元的应答信息，在人机界面提示该检测单元离线。

本发明与现有技术相比显著的优点为：

①采用记忆合金制作常开超温开关，与单片机的I/O端口连接，记忆合金受热变形，使得常开超温开关接通，上位机根据I/O端口状态发送报警或急停指令，能够有效避免火灾隐患；

②超温开关同单片机和CAN总线收发器组成检测单元，附着于托辊轴承内圈，多个检测单元接入CAN总线，与上位机建立可靠的通信网络；

③该托辊超温检测系统结构简单，重复利用率高，运行可靠，成本低，适用于长距离大型输送设备。

附图说明

图1是托辊超温检测系统的安装示意图；

图2是托辊超温检测系统的控制框图；

图3是托辊超温检测系统的结构示意图；

图4是轴承的结构示意图；

图5是第一超温开关2的结构示意图；

图6是托辊超温检测系统的实施例。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参见图1至图6。

图中标号说明：

第一轴承1、第一超温开关2、第二超温开关3、第一支架4、第一陶瓷盒5、第二轴承6、第三超温开关7、第四超温开关8、第三轴承9、第五超温开关10、第六超温开关11、第二支架12、第二陶瓷盒13、第三陶瓷盒14、底座15、托辊组、第一托辊16、第二托辊17、第三托辊18、外圈19、钢球20、内圈21、铜片22、铜制顶盖23、双向记忆合金弹簧24、铜制底板25、圆筒形外罩26、第一超温检测单元27、第二超温检测单元28、第三超温检测单元29。

一种带式输送机托辊超温检测系统，它包括若干托辊组、若干超温检测单元和工控机，所述超温检测单元安装在所述托辊组上，且与工控机通过CAN总线传输信号；

所述托辊组包括两个及以上托辊；所述超温检测单元的数量与托辊的数量一致，每个托辊组对应一组超温检测单元；

所述托辊组包括第一轴承1、第一支架4、第二轴承6、第三轴承9、第二支架12、底座15、第一托辊16、第二托辊17、第三托辊18，所述第二托辊17位于中间位置，水平放置，所述第一托辊16、第三托辊18、位于第二托辊17的两侧，并对称向外向上方向倾斜，支撑第一托辊16、第三托辊18的第一支架4、第二支架12与相应的托辊相适应，第一支架4、第二支架12的底部都固定在底座15上；

所述超温检测单元包括第一超温检测单元27、第二超温检测单元28、第三超温检测单元29。

所述工控机通过CAN转232接入CAN总线。

优选的，所述一个托辊组包括的第一托辊16、第二托辊17和第三托辊18三个托辊，分别对应第一超温检测单元27、第二超温检测单元28和第三超温检测单元29，所述第一超温检测单元27、第二超温检测单元28和第三超温检测单元29结构相同。

所述第一超温检测单元27包括第一超温开关2、第二超温开关3、单片机和CAN总线收发芯片；第二超温检测单元28包括第三超温开关7、第四超温开关8、单片机和CAN总线收发芯片；第三超温检测单元29包括第五超温开关10、第六超温开关11、单片机和CAN总线收发芯片。

所述第一超温开关2、第二超温开关3、第三超温开关7、第四超温开关8、第五超温开关10以及第六超温开关11的一端与单片机的I/O连接，另一端接地；单片机通过CAN总线收发芯片接入CAN总线。

所述第一超温开关2和第二超温开关3设置在第一轴承1上，第三超温开关7和第四超温开关8设置在第二轴承6上；第五超温开关10、第六超温开关11设置在第三轴承9上。

第一超温检测单元27、第二超温检测单元28、第三超温检测单元29的单片机和CAN总线收发芯片分别封装在第一陶瓷盒5、第二陶瓷盒13和第三陶瓷盒14内；第一陶瓷盒5安装在第一支架4上，第二陶瓷盒13和第三陶瓷盒14安装在第二支架12上。

所述工控机通过CAN总线向单片机发送查询指令，并接收单片机返回的数据信息；单片机接收并处理工控机发送的查询指令，通过CAN总线收发芯片返回应答信息；单片机将I/O状态打包成数据帧，实时发送至工控机。

所述第一轴承1包括外圈19、内圈21、位于外圈和内圈之间的钢球20，第二轴承6、第三轴承9与第一轴承1结构相同。

所述第一超温开关2从上往下依次包括铜片22、铜制顶盖23、双向记忆合金弹簧24、铜制底板25，所述铜制顶盖23和铜制底板25之间、双向记忆合金弹簧24的外围设有圆筒形外罩26，圆筒形外罩26与铜制底板25连接；所述铜片22和铜制顶盖23分别连接单片机的I/O端口和地；双向记忆合金弹簧24置于焊接在铜制底板25上的圆筒形外罩26内部，一端与铜制底板25连接，另一端与铜制顶盖23连接；当外界温度上升至双向记忆合金弹簧24的相变温度时弹簧伸长，铜片22和铜制顶盖23接触，第一超温开关2闭合；所述第二超温开关3、第三超温开关7、第四超温开关8、第五超温开关10、第六超温开关11同理。

所述第一超温开关2采用高温导热胶将铜制底板25粘贴在第一托辊16的内圈21；第二超温开关3采用高温导热胶将铜制底板粘贴在第一托辊16的内圈21；第三超温开关7和第四超温开关8使用高温导热胶将铜制底板粘贴在第二托辊17的内圈；第五超温开关10、第六超温开关11以同样的方式粘贴在第三托辊18的内圈。

所述单片机为STC15W408AS，CAN总线收发芯片为TJA1050。

所述工控机的RS232接口与CAN-232转换器连接，CAN-232转换器接入CAN总线；CAN总线收发芯片TJA1050的CANH引脚接CAN总线的CANH信号线，TJA1050的CANL引脚接CAN总线的CANL信号线，TJA1050的Txd引脚和Rxd引脚与单片机的I/O口连接。

上述带式输送机托辊超温检测系统的控制方法，包括以下步骤：

①带式输送机开始运行时，启动托辊超温检测系统，超温检测单元上电，操作员通过工控机的人机界面查看带式输送机的运行情况及托辊超温检测系统提示的报警信息。

②在带式输送机运行过程中，当第一轴承1的温度达到50℃时，第一超温开关2闭合，与第一超温开关2连接的单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机的人机界面显示报警信息；

当第一轴承1的温度达到70℃时，第二超温开关3闭合，与第二超温开关3连接的单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机发出急停指令，带式输送机停机；

当第二轴承6的温度达到50℃时，第三超温开关7闭合，人机界面显示报警信息；当第二轴承6的温度达到70℃时，第四超温开关8闭合，工控机发出急停指令，带式输送机停机；

当第三轴承9的温度达到50℃时，第三超温开关7闭合，工控机的人机界面显示报警信息；当第三轴承9的温度达到70℃时，第四超温开关8闭合，工控机发出急停指令，带式输送机停机；

③工控机每隔1min通过CAN总线向超温检测单元发送查询指令，若在5s内未收到某个检测单元的应答信息，在人机界面提示该检测单元离线。

带式输送机托辊超温检测系统的工作过程为，以第一轴承1超温为例，当带式输送机出现托辊卡死等故障时，皮带与托辊持续摩擦导致皮带和托辊温度升高，当第一托辊16表面温度上升至120℃左右时，第一轴承1的温度达到双向记忆合金弹簧24的相变温度50℃，此时双向记忆合金弹簧24伸长，带动铜制顶盖23向上移动，使得铜制顶盖23与铜片22接触，第一超温开关2闭合，与第一超温开关2连接的STC15W408AS单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机的人机界面显示报警信息并提示故障位置；第二超温开关3的记忆合金弹簧的相变温度为70℃，当第一托辊16表面温度上升至150℃左右时，第一轴承1的温度达到70℃，第二超温开关3的双向记忆合金弹簧伸长，使得导电顶盖与导电片接触，第二超温开关3闭合，与第二超温开关3连接的STC15W408AS单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机发出急停指令，带式输送机紧急停车；故障排除后，第一托辊16和第一轴承1的温度降至常温，双向记忆合金弹簧恢复原状，铜制顶盖与铜片分开，超温开关断开。

本发明的带式输送机托辊超温检测系统的控制方法，包括以下步骤：

①带式输送机开始运行时，开启托辊超温检测系统，操作员通过工控机的人机界面查看带式输送机的运行情况及托辊超温检测系统提示的报警信息。

②在带式输送机运行过程中，当第一轴承1的温度达到50℃时，双向记忆合金弹簧24伸长，铜片22和铜制顶盖23接触，第一超温开关2闭合，与第一超温开关2连接的STC15W408AS单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机的人机界面显示报警信息。

当第一轴承1的温度达到70℃时，第二超温开关3的双向记忆合金弹簧伸长，导电片和导电顶盖接触，第二超温开关3闭合，与第二超温开关3连接的STC15W408AS单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机发出急停指令，带式输送机停机。

当第二轴承6的温度达到50℃时，第三超温开关7闭合，工控机的人机界面显示报警信息；当第二轴承6的温度达到70℃时，第四超温开关8闭合，工控机发出急停指令，带式输送机停机。

当第三轴承9的温度达到50℃时，第三超温开关7闭合，工控机的人机界面显示报警信息；当第三轴承9的温度达到70℃时，第四超温开关8闭合，工控机发出急停指令，带式输送机停机。

③工控机每隔1min通过CAN总线向超温检测单元发送查询指令，若在5s内未收到某个超温检测单元的应答信息，则认为该检测单元已离线，并在人机界面提示该检测单元离线的相应信息。

本发明带式输送机托辊超温检测系统的工作过程为，以第一轴承1超温为例，当带式输送机出现托辊卡死等故障时，皮带与托辊持续摩擦导致皮带和托辊温度升高，当第一托辊16表面温度上升至120℃左右时，第一轴承1的温度达到双向记忆合金弹簧24的相变温度50℃，此时双向记忆合金弹簧24伸长，带动铜制顶盖23向上移动，使得铜制顶盖23与铜片22接触，第一超温开关2闭合，与第一超温开关2连接的STC15W408AS单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机的人机界面显示报警信息并提示故障位置；第二超温开关3的记忆合金弹簧的相变温度为70℃，当第一托辊16表面温度上升至150℃左右时，第一轴承1的温度达到70℃，第二超温开关3的双向记忆合金弹簧伸长，使得导电顶盖与导电片接触，第二超温开关3闭合，与第二超温开关3连接的STC15W408AS单片机的I/O端口输入低电平信号，单片机将I/O状态打包成数据帧，并通过CAN总线发送至工控机，工控机发出急停指令，带式输送机紧急停车；故障排除后，第一托辊16和第一轴承1的温度降至常温，双向记忆合金弹簧恢复原状，铜制顶盖与铜片分开，超温开关断开。本发明避免了托辊因卡死使得皮带温度持续升高易引发火灾的问题，且工作稳定、控制精度高、成本低廉。