本发明涉及机械设备技术领域，具体涉及一种智能化输送带边缘破损实时检测及定位系统。
背景技术：
带式输送机又称胶带输送机，广泛应用于机械、食品、家电、印刷、物流等行业，其中输送带(即胶带)是带式输送机的主要部件之一，也是价值最大的一个部件。输送带边缘破损(以下简称为带边破损)是胶带常见的问题，其主要表现为块状脱落或开裂。带边破损主要是由于输送带跑偏所引起的，当横向受力不均匀时，输送带边缘与输送机机架及挡板碰撞，从而使得胶带边缘发生破损现象。边缘破损会引起物料撒落、运量减少，如不及时发现和处理甚至还会引起带芯的进一步损坏。目前国内输送带带边破损检测和定位方法很少，基本停留在人工巡查的目测方式，但对超过几公里、甚至几十公里长的单条或多条输送机组成的长距离输送线或高速带式输送机，采取上述目测方法将十分困难。本领域技术人员致力于开发一种输送机带边破损检测和定位系统，以便能够及时发现和修补或更换破损胶带，阻止输送带带边破损程度的继续扩大，避免更大的经济损失，排除安全隐患。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于光电传感器、速度传感器和无线射频识别技术(以下简称为rfid技术)的智能化带边破损实时检测及定位系统，以改善目前胶带边缘破损检测和定位技术的不足，为生产和维修提供及时而可靠的决策信息。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种智能化输送带边缘破损实时检测及定位系统，至少包括光电传感器模块、转速传感器模块、rfid模块、控制器和上位机；光电传感器模块、转速传感器模块和rfid模块通过接口电路实现与控制器的连接，控制器与上位机之间通过通讯电缆实现通信连接；光电传感器模块被设置在输送带下方，在检测到破损后将感应信号发送至控制器，转速传感器模块和rfid模块记录转速、破损时刻和破损位置信息，并将信息传送至控制器进行处理，上位机与控制器通信后存取和/或输出经处理的信息。
优选地，上述光电传感器模块被分别设置在输送带下方的两侧。
在一个较优实施例中，上述光电传感器模块采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子传感器，光源为红外光。
在一个较优实施例中，上述转速传感器模块包括光电式转速传感器，其开孔圆盘的输入轴与输送带的尾部滚筒轴直接相连，用于测量滚筒转速，该滚筒转速乘以滚筒半径即为输送带的运行速度(即带速)。
在一个较优实施例中，上述rfid模块至少包括rfid标签和rfid阅读器，rfid标签被设置在输送带内的任一固定位置，rfid阅读器被设置在光电传感器模块附近。
进一步地，破损点与rfid标签的距离为yj＝xri–xj，其中xri为rfid标签与rfid阅读器的距离，xj为破损点与rfid阅读器的距离。
更进一步地，xj＝(tij-tri)vi，其中，tij为光电传感器模块发出感应信号的时刻，tri为rfid阅读器第一次读数的时刻，vi为所述输送带的运行速度。
在一个较优实施例中，上述控制器包括电源、主板、回路板、键盘显示板、微型打印机、液晶模块和机箱，主板的核心为单片机。
优选地，上位机被设置为可实时显示输送带边缘破损情况，还具有保存数据的功能。
本发明提供的系统可对输送带边缘破损情况进行实时检测和定位，为生产和维修提供及时而可靠的决策信息。借助该系统，技术人员能够及时发现和修补或更换破损胶带，阻止输送带带边破损程度的继续扩大，避免更大的经济损失，排除安全隐患。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。所以凡是不脱离本发明所公开的原理下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。
附图说明
图1示出了本发明较优实施例中带式输送机带边破损检测和定位系统的硬件构成图；
图2示出了本发明较优实施例中光电传感器、转速传感器及rfid阅读器的布置示意图；
图3示出了本发明较优实施例中输送带下方两侧位置的光电传感器及嵌于输送带中的rfid标签；
图4示出了本发明较优实施例中的单片机控制系统程序框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提供的智能化输送带边缘破损实时检测及定位系统包括光电传感器模块、转速传感器模块、rfid模块、控制器和上位机。其中，光电传感器模块、转速传感器模块和rfid模块通过接口电路实现与控制器的连接，控制器与上位机之间通过通讯电缆实现通信连接；光电传感器模块被设置在输送带下方，在检测到破损后将感应信号发送至控制器，转速传感器模块和rfid模块记录转速、破损时刻和破损位置信息，并将信息传送至控制器进行处理，上位机与控制器通信后存取和/或输出经处理的信息。该系统的工作原理是一旦输送带带边发生边缘破损，这样布置在胶带下方的光电传感器就会检测到并发出信号，同时用转速传感器和rfid可以将破损的时刻、位置及转速信息记录下来，将上述信息传至控制器(核心为单片机)，再经单片机和上位机算法程序判断后,经上位机及时发出信号，从而阻止输送带带边破损程度的继续扩大，并及时提醒工作人员进行检修。
本系统具有如下功能：实时监测带边破损的发生时间和发生地点，进行带边破损预警及带边破损报告；时钟功能；系统自检功能。对带边破损控制器是否正常工作、各种传感器安装位置及状况(正常、屏蔽、断线或发生破损、预警，传感器采样数据，历史记录等)进行监测；还具有编程组态、多回路及其扩展、主备电源和网络通讯等功能。
实施例
在本实施例中，输送线上每一条带式输送机都有独立的输送带边缘破损实时检测及定位系统，其上安装两个光电传感器模块(左右各一个)、一个转速传感器模块、一个rfid模块，以及一台控制器(核心为单片机)，它们共同构成带边破损检测和定位检测系统。如图2和3所示，两个光电传感器分别放置于输送带下方的两侧位置，其沿垂直于输送带的方向布置，以能检测到带边最大破损处即可。光电式转速传感器开孔圆盘的输入轴与尾部滚筒轴直接相连，用于测量滚筒转速，该转速乘以滚筒半径就是胶带的运行速度v。rfid标签嵌于输送带内的任一固定位置，而rfid阅读器放置于光电传感器附近。
光电传感器模块
在本实施例中，所用光电传感器是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子传感器，它使用红外光，可非接触、无损伤地检测和控制输送带。光电传感器分为投光器和受光器2个部分，两者光轴重合在同一直线上。投光器的发光二极管置于透镜焦点处，将输入电流转换为光信号，发出平行的光。受光器的光敏三极管前加滤光器，且设置夹缝。光敏三极管置于透镜焦点处，把光脉冲变为电脉冲。当被测输送带完好时，光被遮挡，受光器无光可受；当被测胶带有破损，在其进入检测区时，开关输出状态改变。
为了监测传感器输出电信号的变化，还要加配数据采集电路，包括信号调理电路、采样/保持电路、模数转换电路和控制逻辑电路。
rfid模块
无线射频识别技术rfid包括rfid标签、阅读器、中间件、通讯及能量转换。
rfid标签内部各模块包括天线、调制器、解调器、电压调节器和逻辑控制单元。
rfid阅读器包括射频接口、逻辑控制单元。
rfid中间件功能包括阅读器与标签管理、数据管理、应用集成。
某个周期内带边有一处或者多处破损，当rfid标签进入rfid阅读器磁场空间内，阅读器与标签之间进行数据交换。并触发时钟信号开始计时，当检测到破损点时，记录一个时间值，结合转速传感器的速度信息，可以计算出该破损点与上个rfid标签点的间距，实现破损点的定位。
rfid阅读器通过并行或串行接口可以实现与控制器的通信，通过内部编码器和解码器与fifo寄存器实现信号的发射和接收，编码器与解码器也可以绕过单片机直接处理传输或接收实时的数据。单片机定时、实时地采集各类传感器的输出信息。最后由单片机控制串口再将数据传到监控pc机进行显示和储存。
转速传感器模块
本实施例中采用直射式光电转速传感器，由开孔圆盘、光源、光敏元件及缝隙板等组成。开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲频率，得知被测转速。为完成转速的测量及显示，采用单片机测频法(m法)，即采用定时脉冲计数的方式完成转速测量，将转速信号送单片机定时计数器t1，用于完成频率信号的计数。测量周期结束后,取出计数值。则由测量周期和t1计数值计算出相应的转速值。
控制器
控制器是输送带边缘破损实时检测及定位系统的核心部分，它由电源、主板、回路板、键盘显示板、微型打印机、液晶模块和机箱等组成。
控制器主板以单片机为核心，单片机外部包括看门狗和复位电路、实时时钟、液晶驱动、打印机接口、键盘和led显示接口、通讯接口、回路板总线接口和电源接口、转换及其指示电路等电路模块。
上述控制器的软件由主程序、定时器中断服务程序、串行中断服务程序等组成，实现了系统自检参数设置、编程组态、数据采集、破损检测、故障判断、曲线显示和联动控制等功能。
控制系统软件设计
控制系统软件设计包括rfid卡数据读写、光电传感器数据传输、转速传感器数据传输、各破损点位置计算、显示及打印等部分。控制系统程序流程如图4所示。转动一周后，单片机与上位机通信1次，上位机计算破损点位置等有关信息，然后存取、记录在数据库中以便于日后查询。
运输线上任意一条带式输送机正常运行后，每一条输送机转动一圈rfid阅读器读数据一次，记录感应时刻tri。转速传感器测出转数，并由此可计算输送带的运行速度即带速vi。当光电传感器有感应信号时，说明带边有破损，记录此时刻tij，通过计算可求出该破损位置xj＝(tij-tri)vi(以输送带运行方向作为前方，位于rfid标签后面的距离)，对于其他破损点的检测和定位，以此类推。当停机后，需要确定各破损点的位置，首先，rfid标签距离rfid阅读器的距离为xri＝trivi。其次，各破损点距离rfid标签的距离为yj＝xri–xj。获得这些数据后，就可为维修人员提供有多少破损、破损位置等信息。上述程序流程如图4所示。
上位机
上位机的作用是实时监测光电传感器、转速传感器等信息，动态反映现场带边破损情况，包括破损发生在哪条输送机上、在某条输送机的什么具体位置以及时间等，记录历史记录并打印输出。
为了达到直观显示的效果，本实施例中用上位机进行实时显示，单片机与pc机进行串口通信。上位机首先将a/d传输标志发送给单片机，单片机收到该信号后将位置、时间等参数值传送到上位机实时显示。优选地，上位机还具有保存数据的功能，它能将数据以文本形式保存到该程序的文件夹中，以方便历史数据的查询。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。