智能跑偏开关及其监测方法与流程

本发明涉及工业传感器领域，具体而言涉及一种智能跑偏开关及其监测方法。

背景技术：

皮带运输设备在现代生产中应用范围很广，但在生产过程中随着时间的推移，皮带可能会发生偏移，除了对生产造成影响之外，皮带也容易发生磨损，甚至导致设备损伤、损坏。

现有技术中也有采用压力传感器或者射线探测等手段来监控皮带是否产生偏离，但目前的压力传感器探测精度较低，不能在皮带发生轻微偏移的时候就检测出来，而射线探测对工作人员的健康产生威胁，并且存在成本较高和容易发生误判等缺陷。

还有一种跑偏开关，但此种跑偏开关探测精度较低，必须使触杆发生较大角度的转动后才能给出控制信号，而不能在皮带发生轻微偏移的时候就检测出来。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种智能跑偏开关及其监控方法，该智能跑偏开关具有一放大机构，通过将开关触头的微小位移量进行放大后传送给微动开关的簧片，实现更高灵敏度的监控，该智能跑偏开关还具有一温控单元，利用该温控单元监控开关触头与皮带接触时生成的摩擦热。

该智能跑偏开关通过同时监控开关触头的位移量和温度变化的方式实现对皮带更高灵敏度和更多种偏离状态的监控，并在探测到皮带发生超过限定值的偏移时自动切断皮带运输设备的电源，保护设备和工作人员的安全。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种该智能跑偏开关适于监控皮带运输设备的皮带是否发生偏移，所述智能跑偏开关包括开关触头、放大机构、微动开关、壳体、温控单元和控制单元；

所述壳体的顶端设置有开口部，该开口部具有一圆柱形空腔；

所述开关触头包括第一接触部和第二接触部两部分，其中，第一接触部位于所述开口部的上方，第一接触部远离壳体的端面为一光滑平面；第二接触部为一圆柱形结构体，位于所述开口部的圆柱形空腔内，第二接触部的两端均延伸出该圆柱形空腔；

所述放大机构位于所述壳体内，位于所述第二接触部远离所述第一接触部的一端，放大机构连接所述开关触头和所述微动开关的簧片，用以将开关触头的位移量放大后传送给簧片；

所述微动开关固定在壳体内壁上，微动开关被设置成当簧片位移到设定的临界点时，生成第一电平信号；

所述温控单元具有一设定部，用以设置一持续时间限值和一温度限值；

所述温控单元与开关触头连接，被设置成当开关触头的温度超过所述温度限值的持续时间达到所述持续时间限值时，生成第二电平信号；

所述控制单元固定在壳体内壁上，包括控制部和继电器开关；

所述控制部包括第一信号输入端、第二信号输入端和信号输出端，第一信号输入端与微动开关连接，用以接收微动开关发送的第一电平信号，第二信号输入端与温控单元连接，用以接收温控单元发送的第二电平信号，该信号输出端与继电器开关的输入端连接；

所述控制部被设置成响应于以下两个信号中的任意一个，生成一切断信号并发送给继电器开关：1)所述第一电平信号；2)所述第二电平信号；

所述继电器开关的输出端与皮带运输设备的电源端连接，被设置成响应于切断信号，切断皮带运输设备的电源。

进一步的，所述壳体采用铝制成；

所述开关触头采用不锈钢制成；

所述开关触头与壳体之间设置有密封圈。

进一步的，所述放大机构包括触动块和杠杆；

所述触动块的一端与第二接触部远离第一接触部的一端接触，另一端固定在杠杆中部；

所述杠杆位于所述触动块下方，杠杆的一端固定在壳体内壁上，另一端与所述微动开关的簧片连接；

所述杠杆被设置成当触动块施加力在杠杆中部时，杠杆与簧片连接的一端绕杠杆的固定端转动，推动簧片产生位移。

进一步的，所述第二接触部与所述杠杆之间设置有限位板，该限位板固定在壳体内壁上；

所述限位板与所述第二接触部远离第一接触部的端面之间存在空隙；

所述限位板上具有一通孔，所述触动块穿过该通孔与第二接触部接触。

进一步的，所述温控单元还包括温度传感器、比较器和计时器；

所述温度传感器的探测头与开关触头连接，探测开关触头的实时温度；

所述比较器具有两个输入端，其中一个输入端与温度传感器连接，用以接收开关触头的实时温度，另一个输入端与设定部连接，用以接收所述温度限值；

所述比较器被设置成当开关触头的实时温度大于温度限值时，输出一计时信号，当开关触头的实时温度小于等于温度限值时，不输出任何信号；

所述计时器与比较器的输出端连接，用以记录所述计时信号的持续时间；

所述计时器还被设置成所述计时信号的持续时间达到持续时间限值时，输出第二电平信号。

进一步的，所述第二接触部与所述开口部的圆柱形空腔之间设置有一环形助滑块，该环形助滑块的外壁紧贴开口部的圆柱形空腔内壁，并且环形助滑块的两端与圆柱形空腔的两端平齐；

所述第二接触部的外壁上沿其轴中心线对称设置有若干个圆弧形凸台，每个圆弧形凸台的顶端均与环形助滑块的内壁接触。

进一步的，所述环形助滑块采用不锈钢制成；

所述两个相邻的圆弧形凸台之间填充有润滑脂。

进一步的，所述开关触头与壳体之间设置有密封圈。

进一步的，所述智能跑偏开关还具有警报单元，该警报单元与所述控制部的信号输出端连接，被设置成响应于控制部发送的切断信号，发出警报。

本发明还提出一种采用前述智能跑偏开关的监控方法，包括：

将若干个所述智能跑偏开关分布在皮带两侧需要监控偏离量的位置，每个智能跑偏开关的开关触头远离壳体的一端均与皮带相邻，开关触头与皮带之间具有间隙，该间隙宽度小于等于其所处位置处的皮带允许偏移量，每个智能跑偏开关的继电器开关均与皮带运输设备的电源连接，继电器开关初始状态为常闭状态；

在皮带运输设备运行过程中：

当皮带不与该若干个智能跑偏开关的开关触头接触时，继电器开关维持常闭状态，皮带运输设备正常运行；

当皮带接触其中任意一个智能跑偏开关的开关触头时，该智能跑偏开关的控制部响应于以下两个信号中的任意一个，生成一切断信号并发送给继电器开关，控制该继电器开关转换成常闭状态，切断皮带运输设备的电源；

所述两个信号是指：1)微动开关生成的第一电平信号；2)温控单元生成的第二电平信号。

进一步的，所述若干个智能跑偏开关的控制单元具有一拨码开关，用以设置所属智能跑偏开关的编号以作区分；

所述若干个智能跑偏开关的控制单元均与一上位机连接，将自身编号及其工作状态实时反馈给该上位机。

由以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：

该智能跑偏开关通过同时监控开关触头的位移量和温度变化的方式实现对皮带更高灵敏度和更多种偏离状态的监控，并在探测到皮带发生超过限定值的偏移时自动切断皮带运输设备的电源，保护设备和工作人员的安全。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的智能跑偏开关的结构剖视图。

图2是本发明的智能跑偏开关的原理图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

现有技术中的跑偏开关选择使用触杆来监控皮带是否偏移，一旦皮带发生偏移，接触触杆，触杆发生转动，当转动到一定角度时发出报警或者切断电源。

这一工作原理决定皮带只有在偏离量较大时才能推动触杆开始转动，对只有轻微偏移的皮带毫无监控能力，轻微偏移的皮带侧边的磨损仍然不可避免，严重时可导致设备损坏或者发生生产事故。

本发明针对这一现有技术问题提出了一种具有放大机构的智能跑偏开关，该智能跑偏开关包括开关触头、放大机构、微动开关、控制单元和壳体。其中，开关触头放置在皮带一侧，与皮带具有一定的间隙，该间隙宽度小于等于皮带的允许偏移量。一旦皮带偏移量超过这个间隙宽度，开关触头向壳体内产生一个位移量，放大机构将该位移量进行放大后再传送给微动开关的簧片，一旦簧片位移超过微动开关的限定值，微动开关生成电平信号，控制单元响应该电平信号，切断皮带运输设备电源，保护设备和工作人员安全。

由上可知，由于设置了这一放大机构，开关触头的一个较小的位移量也可以促使微动开关生成电平信号，而不需要等到开关触头自身的位移量达到微动开关的限定值时才切断，大大提高了智能跑偏开关的灵敏性。

该放大机构具有多种结构设计，本发明提出了其中一种放大机构的实施例，通过一个触动块和一个杠杆，利用杠杆放大原理实现对开关触头的位移进行放大。

下面结合附图对该实施例做一个详细说明。

结合图1、图2，本发明提及一种智能跑偏开关，该智能跑偏开关适用于监控皮带运输设备的皮带是否发生偏移，该智能跑偏开关包括开关触头1、触动块2、杠杆3、微动开关4、控制单元6和壳体7。

所述壳体7的顶端设置有开口部7a，该开口部7a具有一圆柱形空腔，壳体7采用铝制成，主要目的是为了减轻智能跑偏开关的自重。

所述开关触头1被划分为皮带接触部1a和触动块接触部1b两部分，实际上仍为一体成型的整体结构，分成两部分只是为了便于结构描述。

皮带接触部1a位于所述开口部7a的上方，皮带接触部1a远离壳体7的端面为一光滑平面，该端面被设置成与皮带接触，因此该端面需要具有较高的硬度和耐磨性，该端面可以设计成任意形状，通常会设计成圆形。

触动块接触部1b为一圆柱形结构体，位于所述开口部7a的圆柱形空腔内，触动块接触部1b的两端均延伸出该圆柱形空腔，其一端为皮带接触部1a，另一端位于壳体7内。

开关触头1采用不锈钢制成，实际上也可以选用其他硬度较高、耐磨性较好的材质。

为了减轻智能跑偏开关自重，通常在皮带接触部1a朝向壳体的一侧上设置凹槽，这样做的目的还包括减少材料使用，降低成本。

皮带偏离时，开关触头1受到来自皮带的挤压力，其垂直于端面的分力将导致开关触头1向壳体7内移动。

触动块接触部1b与开口部7a的圆柱形空腔之间设置有一环形助滑块8，该环形助滑块8的外壁紧贴开口部7a的圆柱形空腔内壁，并且环形助滑块8的两端与圆柱形空腔的两端平齐。

所述触动块接触部1b的外壁上沿其轴中心线对称设置有若干个圆弧形凸台1c，每个圆弧形凸台1c的顶端均与环形助滑块8的内壁接触。

由此，开关触头1与环形助滑块8只通过这若干个圆弧形凸台1c接触，接触面小，移动时受到的摩擦力也较小，便于开关触头1移进壳体7内。另外，开关触头1和环形助滑块8一直处于接触状态，可以保证开关触头1只向一个方向移动，不至出现倾斜。

因此，该环形助滑块8也需要具有较高的硬度和耐磨性，通常采用不锈钢制成。

设置环形助滑块8的目的主要是为了保护壳体7内壁，减少刮伤、划伤，从而保证智能跑偏开关的精度。如前所述，为了减轻自重，壳体7采用铝制成，铝的硬度和耐磨性都不佳，但若采用硬度和耐磨性较好的不锈钢，智能跑偏开关的重量又太大。为了获取两者之间的平衡，本发明在开口部7a的内壁上设置了环形助滑块8，保护壳体7内壁。

所述触动块2位于所述壳体7内，位于所述触动块接触部1b远离所述皮带接触部1a的一端，其一端与触动块接触部1b接触，另一端固定在杠杆3中部，这里的中部是指除两端外的其他区域。

所述杠杆3位于所述壳体7内，位于所述触动块2下方，杠杆3的一端固定在壳体7内壁上，另一端与所述微动开关4的簧片连接。

所述微动开关4固定在壳体7内壁上，微动开关4的信号输出端与控制单元6连接，被设置成当簧片位移到设定的临界点时，微动开关4发送第一电平信号给控制单元6。此处，微动开关4只起到机械能和电信号的转换作用，微动开关4被触发时，其输出端将接通或者断开这两种状态以将第一电平信号传递给控制单元6。

当触动块2施加力在杠杆3中部时，杠杆3与簧片连接的一端绕杠杆3的固定在壳体7内壁的一端转动，推动簧片产生位移。

触动块2在开关触头1的作用下产生一个小位移，假设触动块2的位移量是固定的，触动块2距离微动开关4的簧片越远，簧片那一端产生的位移量就越大，这就是杠杆放大皮带偏移量的原理，也是本发明的关键技术之一。

因此，影响该智能跑偏开关的探测灵敏度的因素有以下两个：

1、触动块2与杠杆3的接触点的位置。通过调整该接触点的位置，调节杠杆的放大倍数。接触点距离簧片越远，放大倍数越高，从而该智能跑偏开关的探测灵敏度越高。

2、微动开关自身的灵敏度。微动开关的灵敏度越高，该智能跑偏开关的探测灵敏度越高。

但是，接触点的位置并不是距离簧片越远越好，固然我们期待实现更高的探测灵敏度，然而微动开关4的量程是固定的，一旦杠杆3的放大倍数过大，簧片的位移量超出了微动开关4的最高量程，微动开关4会被损坏。同样，如果接触点距离簧片太近，放大倍数太小，皮带偏离量超出限制时微动开关4还没有被触发，智能跑偏开关就失去了意义。

因此，接触点的位置设置需要考虑微动开关4的量程，以及整个智能跑偏开关所需要的探测灵敏度。另外，生产加工精度也应该考虑进去，这里的生产加工进度包括微动开关4、杠杆3、开关探头1、触动块2的精度。

所述控制单元6固定在壳体内壁上，包括控制部和继电器开关。

所述控制部具有第一信号输入端和信号输出端，该第一信号输入端与微动开关4连接，用以接收微动开关4发送的第一电平信号，该信号输出端与继电器开关的输入端连接。

所述控制部被设置成响应于微动开关4发送的第一电平信号，生成一切断信号并发送给继电器开关。

所述继电器开关的输出端与皮带运输设备的电源端连接，被设置成响应于切断信号，切断皮带运输设备的电源。

此处所提及的皮带运输设备的电源端既可以是皮带运输设备的电源开关，也可以是皮带运输设备的控制装置中控制电源开关的单元，继电器开关通过直接或者间接作用于皮带运输设备的电源开关，实现对皮带运输设备运行状态的控制。

而继电器开关设置有两个触点，具有两种工作状态：常开和常闭。考虑到智能跑偏开关绝大部分情况下处于监控状态，我们将继电器开关设置成：

当继电器开关处于常闭状态时，继电器开关不对皮带运输设备起任何作用，皮带运输设备正常运行；当继电器开关处于常开状态时，继电器开关切断皮带运输设备的电源。

所述智能跑偏开关还具有警报单元，该警报单元与所述控制单元6的控制部连接，被设置成响应于控制单元6的控制部发送的切断信号，发出声光警报。

所述触动块接触部1b与所述杠杆3之间设置有限位板9，该限位板9固定在壳体7内壁上。

所述限位板9与所述触动块接触部1b远离皮带接触部1a的端面之间存在空隙。

所述限位板9上具有一通孔，所述触动块2穿过该通孔与触动块接触部1b接触。

设置该限位板9的目的有两个：

第一，承受开关触头1的冲击力，皮带施加在开关触头1上的冲击力是很大的，如果直接施加在触动块2上，由于开关触头1和触动块2的接触点很小，压强很大，容易损坏触动块2。

第二，控制开关触头1的位移量，保护微动开关4。开关触头1和限位板9之间的空隙就是开关触头1能够实现的最大位移量。

因此，需要限位板9具有较高的强度，通常采用不锈钢制成。

另外，由于冲击力均由限位板9承受，为了减轻自重，杠杆3和触动块2可以采用塑料制成。

所述开关触头1与壳体7之间设置有密封圈5，防止粉尘和水气进入壳体7内。

以上智能跑偏开关能够监控皮带运输设备的两种工作状态，跑偏监控方法如下：

第一种工作状态，皮带运输设备正常工作时，皮带不接触开关触头1，继电器开关处于常闭状态，不对皮带运输设备的运行产生影响。

第二种工作状态，皮带运输设备异常工作，皮带偏移较大，超过限定值，皮带接触开关触头1，施加足够的推力在开关触头1上。

开关触头1向壳体7内移动，施加与移动方向同方向的推力在触动块2上，触动块2沿受力方向移动，并将该推力传送给杠杆3。

杠杆3一端固定，另一端在推力的作用下绕其固定端转动，微动开关4的簧片产生位移。

簧片位移超过设定值，微动开关4发送第一电平信号给控制单元6。

控制单元6响应于该第一电平信号，发送切断信号给继电器开关。

继电器开关转换成常开状态，切断皮带运输设备的电源。

本发明提出的智能跑偏开关还设置有另一种触发机制，此种触发机制适用于偏移量不大，但由于皮带传输速度很快，因此较小的偏移量也会造成较大的危害的皮带运输设备。

皮带与开关触头接触时，由于皮带仍在继续运输工作，会在开关触头表面产生摩擦力，生成摩擦热。如果此时皮带传输速度很快，即使偏移量小，但会瞬间使开关触头1的温度升高，本发明就是利用这一点特性设置了另一种继电器开关的触发机制。

所述智能跑偏开关内还设置有温控单元，温控单元具有一设定部，用以设置一持续时间限值和一温度限值。温度限值和持续时间限值可以根据生产的实际情况进行设置，例如环境温度较高，可以将温度限值在环境温度基础上做出一定的上调等。

所述温控单元与开关触头连接，被设置成当开关触头的温度超过所述温度限值的持续时间达到所述持续时间限值时，生成第二电平信号。

此种情形下，所述控制部增设有第二信号输入端，该第二信号输入端与温控单元连接，用以接收温控单元发送的第二电平信号。

所述温控单元包括温度传感器、比较器和计时器。

所述温度传感器的探测头与开关触头1连接，探测开关触头1的实时温度。

所述比较器具有两个输入端，其中一个输入端与温度传感器连接，用以接收开关触头的实时温度，另一个输入端与设定部连接，用以接收所述温度限值。

所述比较器被设置成当开关触头1的实时温度大于温度限值时，输出一计时信号，当开关触头1的实时温度小于等于温度限值时，不输出任何信号。

所述计时器与比较器的输出端连接，用以记录所述计时信号的持续时间。

所述计时器还被设置成所述计时信号的持续时间达到持续时间限值时，输出第二电平信号。即：

当比较器比较出开关触头1的实时温度已经超过设定的温度限制，说明此时皮带已经开始经受较大程度的磨损，有两种情况，一是偏移量较大，一是皮带速度太快，比较器输出一计时信号。该计时信号是一个持续信号，直至开关触头的实时温度小于等于温度限制时，比较器才会停止输出该计时信号，计时器记录的就是该计时信号的持续时间。

持续时间限值的设置是考虑到皮带如果只是偶然接触开关触头1，之后就不再接触，但智能跑偏开关也发出警示并且切断皮带运输设备的电源这种情况。

所述控制部被设置成响应于以下两个信号中的任意一个，生成一切断信号并发送给继电器开关：1)所述第一电平信号；2)所述第二电平信号。

第一电平信号表明皮带施加在开关触头1上的挤推力较大，开关触头1的位移量超过上限值，触动了微动开关4，必须尽快切断皮带运输设备的电源；第二电平信号表明皮带已经持续一段时间一直在摩擦开关触头1，并且皮带速度较快，生成了较高的摩擦热，如果不及时断开皮带运输设备的电源，会对皮带造成较大磨损。

所述继电器开关的输出端与皮带运输设备的电源端连接，响应于切断信号，切断皮带运输设备的电源。

前述具有温度传感器的智能跑偏开关能够监控皮带运输设备的三种工作状态：

第一种工作状态，皮带偏移量不足以使皮带接触开关触头1时，继电器开关处于断开状态，不影响皮带运输设备运行。

第二种工作状态，皮带运输设备异常工作，皮带偏移量超过限定值，皮带施加足够的推力在开关触头1上。

开关触头1向壳体7内移动，施加与移动方向同方向的推力在触动块2上，触动块2沿受力方向移动，并将该推力传送给杠杆3。

杠杆3一端固定，另一端在推力的作用下绕其固定端转动，微动开关4的簧片产生位移。

簧片位移超过设定值，微动开关4发送电平信号给控制单元6。

控制单元6响应于该电平信号，发送切断信号给继电器开关。

继电器开关切断皮带运输设备的电源。

第三种工作状态，皮带运输设备异常工作，皮带偏移量未超过限定值，皮带施加摩擦力在开关触头1上，开关触头1温度升高。

温度传感器探测开关触头1温度，并将探测结果反馈给控制单元6。

控制单元6响应于温度传感器反馈的开关触头1温度在设定的时间范围内持续超过设定的上限温度，发送切断信号给继电器开关，切断皮带运输设备的电源。

应当理解，无论皮带偏移量是否超过限定值，皮带均会同时施加挤压力和摩擦力在开关触头1上，导致开关触头1温度升高的同时向壳体7内移动，从而，前述同时具有温控单元和放大机构的智能跑偏开关实现了同时监控开关触头受到的挤推力和摩擦力，相比只具有放大机构的智能跑偏开关能够监控更多情况下的皮带运行状态，确保皮带运输设备的安全。

在实际生产过程中，通常需要在皮带两侧分布多个智能跑偏开关，本发明提出一种监控方法，包括：

将若干个所述智能跑偏开关分布在皮带两侧需要监控偏离量的位置，每个智能跑偏开关的开关触头远离壳体的一端均与皮带相邻，开关触头与皮带之间具有间隙，该间隙宽度小于等于其所处位置处的皮带允许偏移量，每个智能跑偏开关的继电器开关均与皮带运输设备的电源连接，继电器开关初始状态为常闭状态。

在皮带运输设备运行过程中：

当皮带不与该若干个智能跑偏开关的开关触头接触时，继电器开关维持常闭状态，皮带运输设备正常运行。

当皮带接触其中任意一个智能跑偏开关的开关触头时，该智能跑偏开关的控制部响应于以下两个信号中的任意一个，生成一切断信号并发送给继电器开关，控制该继电器开关转换成常开状态，切断皮带运输设备的电源。

所述两个信号是指：1)微动开关生成的第一电平信号；2)温控单元生成的第二电平信号。

如此，可以对皮带进行全方位多角度的监控。

另外，每个智能跑偏开关的控制单元均具有一拨码开关，用以设置所属智能跑偏开关的编号以作区分。再将所有控制单元与一上位机连接，将自身所属智能跑偏开关的编号及其工作状态实时反馈给该上位机，上位机可以采用PC或者PLC，且具有一显示屏，便于工作人员快速找到故障点。

从而，本发明提出的智能跑偏开关通过同时监控开关触头的位移量和温度变化的方式实现对皮带更高灵敏度和更多种偏离状态的监控，并在探测到皮带发生超过限定值的偏移时自动切断皮带运输设备的电源，保护设备和工作人员的安全。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。