一种带式输送机输送带打滑预警检测装置的制作方法

一种带式输送机输送带打滑预警检测装置涉及烟草制丝生产设备领域，具体为烟草工业制丝生产过程中DPH8型带式输送机因超载、摩擦系数变化或输送带松驰而使滚筒与输送带之间发生相对运动时，能对滚筒与输送带之间的相对运动程度进行自动检测并发出预警信息的装置。

背景技术：

在烟草工业制丝生产线上，各主机设备之间的辅助联接设备大多应用DPH8型带式输送机来连续运送烟草物料。DPH8型带式输送机结构示意图如图1所示，其主要结构由从动滚筒（31）、张紧滚筒（32）、中间架（33）、支腿（34）、输送带（35）、托辊（36）、减速电机（37）、主动滚筒（38）和出料罩（39）等组成。DPH8型带式输送机是根据摩擦传动原理，由减速电机将动力传递给主动滚筒带动输送带作连续运动，从而实现对物料的连续输送。减速电机（37）驱动主动滚筒（38）转动；主动滚筒（38）驱动输送带（35）向前运动；物料从输送带（35）的后端进入，在输送带（35）的输送下，向出料罩（39）运动，经过出料罩（39）输送到下游设备；同时，输送带（35）向前运动带动尾部的从动滚筒（31）和张紧滚筒（32）转动。主动滚筒对输送带驱动力的大小由输送带张紧力和主动滚筒与输送带之间的摩擦系数决定。主动滚筒对输送带的驱动力大于输送带的阻力，输送带在主动滚筒的驱动下向前运动；主动滚筒对输送带的驱动力小于输送带的阻力，主动滚筒转动而输送带静止不动，这种现象叫打滑。DPH8型带式输送机在运行过程中，因超载、摩擦系数变化或输送带松驰而造成输送带打滑而不工作，输送带打滑不仅会导致减速电机带动主动滚筒空转，造成输送带磨损和无端消耗电能，而且会使松边受到紧边拉力的冲击，使输送带容易疲劳而断裂，打滑严重时还会引起输送带起火。此外，DPH8型带式输送机打滑时，上游输送设备依然连续将物料输送过来，物料堆积造成堵料。如果打滑造成的堵料没有被及时发现，物料就会堵得多塞得紧，排除费时费力，甚至造成设备损坏。

因此输送带打滑检测是带式输送机工况检测的主要内容，然而大多数打滑检测报警装置只能在严重打滑，输送带和主动滚筒之间已发生较大的相对运动，甚至输送带停止了一段时间后才能报警，检测的实时性差，虽可预防事故，但不能保证输送系统连续运行。目前烟草制丝生产线的设备故障状态都集成到了中控系统，而DPH8型带式输送机的状态仅能显示电机的运行状态，而不能显示输送带与滚筒之间的相对运动程度和打滑预警级别。为此，设计一个电路装置，使其能实时监测输送带与滚筒之间的相对运动程度和打滑预警级别，又能方便为主站S7-300/400PLC控制系统提供Profibus-DP接口的检测装置，预报输送带的临界打滑状态，以便让设备维修人员和操作人员能及时发现输送带的打滑程度，及时张紧输送带或作出相应的处理措施，从而减少输送带打滑磨损，延长输送带使用寿命，确保DPH8型带式输送机安全可靠地运行，提高带式输送机的运行效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是通过设计一种带式输送机输送带打滑预警检测装置来弥补DPH8型带式输送机因缺少必要的打滑预警装置而在运行过程中发生输送带打滑时无法检测输送带与滚筒之间的相对运动程度和不能发送打滑预警级别的弊端，实现实时监测输送带与滚筒之间的相对运动程度和打滑预警级别，预报输送带的临界打滑状态，填补烟草工业DPH8型带式输送机输送带打滑时无法检测滚筒与输送带之间相对运动问题的空白，也可推广应用于其它类似工况的设备。

本实用新型通过以下技术方案来实现：一种带式输送机输送带打滑预警检测装置，其特征在于：该装置由数据采集系统、数据处理系统和Profibus-DP从站接口电路组成，所述数据采集系统由张紧滚筒旋转编码器、从动滚筒旋转编码器、主动滚筒旋转编码器、6N137光电隔离器件Ⅰ及外围电路、6N137光电隔离器件Ⅱ及外围电路、6N137光电隔离器件Ⅲ及外围电路、CD4051芯片、ICS501G倍频器、AT89S52数釆单片机、数釆单片机晶振电路、数釆单片机复位电路和数釆单片机P0口上拉电阻组成，主动滚筒旋转编码器用于检测主动滚筒转速脉冲，从动滚筒旋转编码器用于检测从动滚筒转速脉冲，张紧滚筒旋转编码器用于检测张紧滚筒转速脉冲，主动滚筒旋转编码器、从动滚筒旋转编码器和张紧滚筒旋转编码器的“＋”极分别通过电阻R连接到6N137光电隔离器件Ⅰ、6N137光电隔离器件Ⅱ和6N137光电隔离器件Ⅲ的引脚VF+，主动滚筒旋转编码器、从动滚筒旋转编码器和张紧滚筒旋转编码器的“－”极分别连接到6N137光电隔离器件Ⅰ、6N137光电隔离器件Ⅱ和6N137光电隔离器件Ⅲ的引脚VF－并接地，6N137光电隔离器件Ⅰ、6N137光电隔离器件Ⅱ和6N137光电隔离器件Ⅲ的输出引脚VO分别连接到CD4051芯片的引脚X2、X1和X0，CD4051芯片的输出引脚X连接到ICS501G倍频器的引脚X1/IN，ICS501G倍频器的输出引脚CLK连接到AT89S52数釆单片机的INT0外部中断口，数釆单片机晶振电路的出口分别连接到AT89S52数釆单片机的引脚XTAL1和XTAL2，数釆单片机复位电路的信号线与AT89S52数釆单片机的引脚RST/VPD相连，AT89S52数釆单片机P0口的P0.0、P0.1、P0.2分别连接到CD4051芯片的C、B、A三个地址线上，并分别接3个10KΩ的上拉电阻；所述数据处理系统由AT89S52数据处理单片机、数据处理单片机晶振电路、数据处理单片机复位电路和站地址设置电路组成，数据处理单片机晶振电路的出口分别连接到AT89S52数据处理单片机的引脚XTAL1和XTAL2，数据处理单片机复位电路的信号线与AT89S52数据处理单片机的引脚RST/VPD相连，站地址设置电路拨码开关SW DIP-7的引脚1-7全部接地，引脚8-14分别与AT89S52数据处理单片机P1口的引脚P1.0-P1.6相连，并分别接上7个10KΩ的上拉电阻；AT89S52数釆单片机的引脚RXT连接到AT89S52数据处理单片机的引脚TXD，AT89S52数釆单片机的引脚TXD连接到AT89S52数据处理单片机的引脚RXT，以实现AT89S52数釆单片机与AT89S52数据处理单片机之间的串口通信；所述Profibus-DP从站接口电路由SPC3芯片及其外围电路、总线光电隔离器件、RS485总线驱动器、9针D型连接器和OSC-48MHZ晶振器组成，SPC3芯片的引脚XINT连接到AT89S52数据处理单片机的INT0外部中断口，SPC3芯片的引脚DB0-DB7分别与AT89S52数据处理单片机的引脚P0.0-P0.7相连，SPC3芯片的引脚AB0-AB7分别与AT89S52数据处理单片机的引脚P2.0-P2.7相连，SPC3芯片的引脚XRD与AT89S52数据处理单片机的引脚RD相连，SPC3芯片的引脚ALE与AT89S52数据处理单片机的引脚ALE相连，SPC3芯片的引脚XWR与AT89S52数据处理单片机的引脚WR相连，SPC3芯片的引脚RESET与AT89S52数据处理单片机P1口的引脚P1.7相连，SPC3芯片的引脚CKL连接OSC-48MHZ晶振器的输出端，SPC3芯片的引脚XCS、DIVIDER、XTEST0、XTEST1和MODE分别通过3.3KΩ的电阻接到+5V电源上，引脚XDEXC通过3.3KΩ电阻和发光二极管串联后接到+5V电源上，引脚XINT/MOT、XCTS、AB8、AB9、AB10分别通过1KΩ的电阻接地，RS485总线驱动器一侧与9针D型连接器相连，另一侧通过总线光电隔离器件与SPC3芯片的引脚TXD、RTS和RXD相连。DPH8型带式输送机发生打滑现象时，输送带线速度会降低或停止，从动滚筒和张紧滚筒的转速也因此降低或停止，所以可以通过检测和对比主动滚筒圆周线速度、从动滚筒和张紧滚筒的圆周线速度来判断输送带的打滑程度。在DPH8型带式输送机的主动滚筒、从动滚筒和张紧滚筒的主轴上分别安装三个旋转编码器，利用AT89S52数据采集单片机来检测它们在一定时间内所发出的脉冲数；然后由AT89S52数据处理单片机经折算得到主动滚筒、从动滚筒以及张紧滚筒圆周线速度。在选取输送带带速时，考虑到从动滚筒也有可能由于积垢而旋转不畅，导致与输送带之间发生打滑，所以选择从动滚筒和张紧滚筒中圆周线速度的较大者为输送带的带速。通过AT89S52数据处理单片机分别计算出输送带与主动滚筒之间的相对运动量、输送带与从动滚筒之间的相对运动量以及输送带与张紧滚筒之间的相对运动量。对相对运动量进行分档；将各个实时相对运动量进行模糊化处理，经过模糊推理，反模糊化处理后，判断得出打滑预警级别。最后，数据处理单片机将报警信息写到SPC3芯片的寄存器，然后由SPC3芯片把报警信息发送到Profibus-DP总线上，以便主站的S7-300/400PLC获取相应的数据。由此从根本上解决了DPH8型带式输送机因缺少必要的打滑预警装置而在运行过程中发生输送带打滑时无法检测输送带与滚筒之间相对运动程度和不能发送打滑预警级别的弊端。使用该运行状态检测装置后，能将输送带与滚筒之间的相对运动程度和打滑预警级别集成到中控系统中，实时监测输送带与滚筒之间的相对运动程度和打滑预警级别，预报输送带的临界打滑状态。

附图说明

图1是DPH8型带式输送机结构示意图；图2是本实用新型电路原理图；图3是本实用新型AT89S52数釆单片机主程序流程图；图4是本实用新型AT89S52数釆单片机定时中断程序流程图；图5是本实用新型AT89S52数据处理单片机主程序流程图；图6是本实用新型AT89S52数据处理单片机串口中断程序流程图；图7是本实用新型AT89S52数据处理单片机SPC3中断程序流程图。

图1中，31为从动滚筒，32为张紧滚筒，33为中间架，34为支腿，35为输送带，36为托辊，37为减速电机，38为主动滚筒，39为出料罩。

图2中，1为AT89S52数据处理单片机，2为数据处理单片机晶振电路，3为数据处理单片机复位电路，4为站地址设置电路，5为数据采集单片机晶振电路，6为数据采集单片机复位电路，7为ICS501G倍频器，8为AT89S52数据采集单片机，9为CD4051芯片，10为上拉电阻，11为张紧滚筒旋转编码器，12为从动滚筒旋转编码器，13为主动滚筒旋转编码器，14为6N137光电隔离器件Ⅰ及外围电路，15为6N137光电隔离器件Ⅱ及外围电路，16为6N137光电隔离器件Ⅲ及外围电路，17为SPC3芯片及其外围电路，18为总线光电隔离器件，19为RS485总线驱动器，20为9针D型连接器，21为OSC-48MHZ晶振器。

具体实施方式

现就附图对本实用新型作进一步说明，如图2所示。一种带式输送机输送带打滑预警检测装置由数据采集系统、数据处理系统和Profibus-DP从站接口电路组成。其中，数据采集系统由张紧滚筒旋转编码器（11）、从动滚筒旋转编码器（12）、主动滚筒旋转编码器（13）、 6N137光电隔离器件Ⅰ及外围电路（14）、6N137光电隔离器件Ⅱ及外围电路（15）、6N137光电隔离器件Ⅲ及外围电路（16）、CD4051芯片（9）、ICS501G倍频器（7）、AT89S52数釆单片机（8）、数釆单片机晶振电路（5）、数釆单片机复位电路（6）和数釆单片机P0口上拉电阻（10）组成。数据处理系统由AT89S52数据处理单片机（1）、数据处理单片机晶振电路（2）、数据处理单片机复位电路（3）和站地址设置电路（4）组成。Profibus-DP从站接口电路由SPC3芯片及其外围电路（17）、总线光电隔离器件（18）、RS485总线驱动器（19）、9针D型连接器（20）和OSC-48MHZ晶振器（21）组成。其工作原理如下：安装在主动滚筒、从动滚筒和张紧滚筒主轴上的主动滚筒旋转编码器（13）、从动滚筒旋转编码器（12）和张紧滚筒旋转编码器（11）分别用来检测主动滚筒、从动滚筒和张紧滚筒的转速脉冲。将所得的三个通道的脉冲信号首先分别经过6N137光电隔离器件Ⅰ（14）、6N137光电隔离器件Ⅱ（15）和6N137光电隔离器件Ⅲ（16）光电隔离后，再将这三个通道的脉冲信号分别接到单8通道数字控制模拟电子开关CD4051（9）的X2、X1和X0引脚，实现各个脉冲信号的分时复用采集；CD4051（9）的X引脚输出哪一通道脉冲信号，由ABC的地址码决定，所选通的脉冲信号经ICS501G倍频器（7）倍频处理，最后将所得的倍频信号接到AT89S52数釆单片机（8）的INT0外部中断口。AT89S52数釆单片机（8）在获取脉冲信号时，采取循环读取三个通道的脉冲信号方式，首先读取从动滚筒的脉冲数，将AT89S52数釆单片机（8）的P0.0、P0.1、P0.2置为0，选通X0，启动AT89S52数釆单片机（8）内部计数器以及定时器，开放外部中断INT0，根据计数和定时计算出外部中断在定时时间内的脉冲总个数，存储到指定的存储单元，从动滚筒脉冲读取完毕；其次读取张紧滚筒的脉冲数，将AT89S52数釆单片机（8）的P0.0、P0.1置为0，P0.2置为1，选通X1，启动AT89S52数釆单片机（8）内部计数器以及定时器，开放外部中断INT0，根据计数和定时计算出外部中断在定时时间内的脉冲总个数，存储到指定的存储单元，张紧滚筒脉冲读取完毕；最后读取主动滚筒脉冲，将AT89S52数釆单片机（8）的P0.0置为0，P0.1置为1，P0.2置为0，选通X2，启动AT89S52数釆单片机（8）内部计数器以及定时器，开放外部中断INT0，根据计数和定时计算出外部中断在定时时间内的脉冲总个数，存储到指定的存储单元，主动滚筒脉冲读取完毕，AT89S52数据釆集单片机主程序和定时中断程序流程图分别如图3和图4所示。至此，三个通道的转速脉冲信号读取完毕，将三个通道数据分别通过串口发送到AT89S52数据处理单片机（1）的串口。AT89S52数釆单片机（8）不断重复循环以上的数据采集过程。AT89S52数据处理单片机（1）通过串口中断将三个通道数据从串口读入并分别将其存储到指定的存储单元，AT89S52数据处理单片机串口中断程序流程图如图6所示。AT89S52数据处理单片机（1）根据规定时间内读取的脉冲数和滚筒半径通过换算折算成各个滚筒圆周线速度；选取从动滚筒和张紧滚筒中线速度较大的一个作为输送带的线速度，分别计算出输送带与主动滚筒之间的相对运动量、输送带与从动滚筒之间的相对运动量以及输送带与张紧滚筒之间的相对运动量。根据相对运动的大小，分别把各个相对运动量的大小划分为极大、大、中、小、极小等五挡；打滑的程度也分别划分为极严重、严重、中等、一般、轻微等五个打滑预警级别。分别对各个实时相对运动量进行模糊化处理，经过模糊推理，最后反模糊化，分别判断得出各个打滑程度的预警级别。AT89S52数据处理单片机（1）循环把从动滚筒、张紧滚筒和主动滚筒的圆周线速度、输送带的线速度和它们之间相对运动量以及打滑程度（极严重、严重、中等、一般、轻微）五个预警级别代码（1、2、3、4、5）等报警信息写到SPC3芯片的寄存器，然后由SPC3芯片把这些报警信息发送到Profibus-DP总线上，以便主站的S7-300/400PLC获取这些的数据，AT89S52数据处理单片机主程序和SPC3中断程序流程图分别如图5和图7所示。通过硬件和软件组态，主站S7-300/400PLC能够获取从动滚筒、张紧滚筒和主动滚筒的圆周线速度、输送带的线速度和它们之间相对运动量以及打滑程度（极严重、严重、中等、一般、轻微）五个预警级别代码。

在使用本实用新型时，按照电路原理图制作印刷电路板和塑料壳体，将各个电子元件焊接到电路板上，在塑料外壳上安装电源接头、旋转编码器接头和Profibus-DP接头；在主动滚筒、从动滚筒和张紧滚筒主轴上分别安装主动滚筒旋转编码器（13）、从动滚筒旋转编码器（12）和张紧滚筒旋转编码器（11），将旋转编码器的电源线和输出线按电路原理图连接到相应的接口上；把本实用新型连入主站S7-300/400PLC的Profibus-DP网络中。接线安装完成后进行软件设置，使用Profibus用户组织提供的GSD-Editor软件创建GSD文件，在step7中把创建的Profibus设备添加到Profibus-DP总线网络中进行软件组态，软件设置完成后，将程序下载到主站S7-300/400PLC中，上电即可投入正常使用。

该装置制作简单，实用性强，能在实际生产过程中取得良好的效果。该装置对带式输送机输送带打滑能起到很好的预警作用。该装置填补了烟草工业DPH8型带式输送机输送带打滑时无法检测滚筒与输送带之间相对运动问题的空白，能有效防止输送带打滑未能及时发现而造成设备、安全事故的隐患，也可推广应用于其它类似工况的设备。