具有自供电功能的托辊多参数检测控制系统及其实现方法与流程

本发明涉及托辊状态监测与反馈控制领域，特别是涉及一种具有自供电功能的托辊多参数检测控制系统及其实现方法。

背景技术：

在现代工业生产领域中，各种类型的带式输送机已经成为不可分割的一部分，在各行各业中都有着广泛的应用。托辊作为带式输送机中重要的组成部分，在充满粉尘、大颗粒、水气及腐蚀性物质的复杂环境下，有时会发生托辊卡死、输送带打滑及跑偏等故障造成噪音和输送带撒料等后果。当外部散热条件不好时，还有可能因托辊的卡死而导致火灾等严重事故。

为加强对带式输送机的托辊进行故障监测及分析，CN206919770U专利公开一种托辊修复多功能检测装置，该装置能够本装置能够同时检测修复后托辊的各项性能指标，适于不同直径及长度的托辊检测，但其通过有线传输数据且需要外部供电，增加了施工困难和成本，为此CN108001985A发明专利申请公开了一种具有自供能无线自检功能的带式输送机托辊与方法，虽然该系统能够通过发电机来给系统进行供电，但其有加装支架使维修成本增加等缺点。与此同时，通过低功耗、远距离的LPWAN(低功耗广域网)技术进行组网，越来越被更多的研究者重视。本发明充分利用LoRaWAN网络远距离、低功耗、低速率、低成本、大规模组网通信的特点，通过无线网络传输托辊状态信息，达到避免因托辊卡死造成生产事故的目的，从而降低人力物力成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于减少对多参数监测系统的供电布线以及通讯布线，提出一种具有自供电功能的托辊多参数检测控制系统，目的是利用该系统的传感器监测托辊信息并无线传输至上位机，从而判断托辊是否卡死并通过托辊电机控制模块关闭电机，达到避免因带式输送机运转异常而造成生产事故的效果。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种具有自供电功能的托辊多参数检测控制系统，包括三相测速发电机、温度传感器、三轴加速度传感器、微处理器、无线传输模块、托辊电机控制模块以及上位机，所述三相测速发电机为外转子发电机，转子与托辊相连，定子与辊轴相连，托辊带动转子发电，一路通过降压、整流、滤波、稳压给系统供电，另一路经通过滤整型成处理器可以识别的脉冲波形，通过内部时钟记录以达到测量托辊转速的目的；

所述温度传感器和三轴加速度传感器将收集到的托辊的温度及振动数据传输给微处理器芯片；

所述温度传感器模块选用DS18B20模块，该模块直接输出数字信号，可进行多种形式的封装；

所述三轴加速度传感器选用ADXL345模块；

所述无线传感器采用SEMTECH公司销售的LoRa芯片SX1276，通过LoRaWAN进行通讯；

所述微处理器采用乐鑫公司生产的ESP32芯片；

所述网关采用HELTECH公司生产的HT-M01迷你网关；

所述网关通过SPI或USB与上位机进行通讯；

管理员通过上位机发送操作指令控制托辊电机运转或进行人工操作；

所述微处理器收集各传感器模块测量的数据，发送给无线传输模块；

所述无线传输模块将微处理器发送的数据通过无线协议以特定的频率传输至上位机；

所述无线传输模块通过LoRa通讯协议与网关进行通信；

所述上位机对无线模块传来的数据进行接收、记录以及整理并显示。所述托辊信息数据库存储各时刻托辊的状态信息；

所述托辊电机控制模块收到无线传输模块传来的托辊卡死信息时，控制托辊电机关闭。

本发明的第二个技术方案是具有自供电功能的托辊多参数检测控制系统的实现方法，托辊状态信息数据库a根据带式输送机托辊的正常运转信息比对来判断托辊是否卡死，具体步骤如下：

1)带式输送机正常运转据获取：当带式输送机正常运转时，通过传感器收集托辊的正常温度、振动参数及转速，录入托辊状态信息数据库a中；

2)带式输送机异常运转据获取：模拟带式输送机状态异常的场景，当托辊卡死转速为零、皮带打滑温度升高以及皮带跑偏振动参数异常时，通过传感器收集信息，录入托辊状态信息数据库a中；

3)在获取带式输送机运转信息后，通过对托辊实时状态信息与正常及异常状态信息的比对，判断托辊是否发生异常；

该系统针对室温情况变化需实时更新数据库的信息，并且需要生成带式输送机运转状况日志，在上位机内进行比较分析。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明引入三相交流测速发电机给多参数监测系统供电，避免了原有系统需要布线的困扰，能够尽量的节省成本和降低施工复杂度。

2、本发明利用该系统的传感器监测托辊信息并无线传输至上位机，从而判断托辊是否卡死并通过托辊电机控制模块关闭电机，达到避免因托辊卡死而造成生产事故的效果。

附图说明

图1本发明原理框图；

图2本发明装置布置示意图。

附图标记：1-带式输送机、2-托辊、3-托辊内轴、4-三项交流测速发电机、5-温度传感器、6-三轴加速度传感器、7-微处理器、8-无线传输模块、9-网关、10-上位机、11-托辊电机控制模块、12-托辊电机；a-托辊信息数据库。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

图1为本发明原理框图，布置示意图如图2所示，本发明是具有自供电功能的托辊多参数检测控制系统，包括测速发电机4、温度传感器5、三轴加速度传感器6、微处理器7、无线传输模块8、网关9、上位机10、托辊电机控制模块11、所述上位机10具有托辊信息数据库a，所述托辊信息数据库a可采用Access、MySQL和BD2等小型数据库，该数据库存储着托辊的速度、温度及振动参数等信息；所述测速发电机4、温度传感器5和三轴加速度传感器6将收集到的信息传输至微处理器7；所述微处理器7将收到的信息处理后传输给无线传输模块8；所述无线传输模块8将信息通过LoRaWAN发送至网关9；所述网关9将接收到的信息发送到上位机10；所述上位机将受到的信息录入托辊信息数据库a并判带式输送机是否运转异常，若运转异常则将信息通过网关9传输至无线传输模块8；所述托辊电机控制模块11控制托辊电机的运转。

本实施例中所述测速发电机4为三相交流测速发电机，一路通过降压、整流、滤波、稳压输出3.3V和±5V电压给系统供电，另一路经过过滤整型成微处理器7可以识别的脉冲波形，通过微处理器7内部时钟记录获得的频率计算后来测量托辊的转速。

本实施例中温度传感器5采用市面上销售的DS18B20模块，该模块可测量-55℃到+125℃的温度，且该模块直接输出数字信号，可进行多种形式的封装。所述温度传感器5实时对托辊温度进行监测并上传，当托辊卡死导致温度过高时上位机10控制托辊电机12停止运转，并在上位机上显示警告信息。

本实施例中三轴加速度传感器6采用市面上销售的ADXL345模块，能测量x、y、z三个方向的加速度，将参数传入上位机10可以通过换算和公式计算得到的振动参数可以判断大致的卡死位置。所述三轴加速度传感器传感器6实时对托辊振动信息进行监测并上传，当托辊运转异常导致振动频率异常时上位机10控制托辊电机12停止运转，并在上位机上显示警告信息。

本实施例中所述微处理器7采用乐鑫公司生产的ESP32芯片，该芯片为Xtensa 32-bit LX6单/双核处理器，运算能力高达600MIPS，该芯片ESP32可作为独立系统运行应用程序或是主机MCU的从设备，通过SPI/SDIO或I2C/UART接口提供Wi-Fi和蓝牙功能，便于功能的扩展。

本实施例中所述无线传输模块8采用SEMTECH公司销售的LoRa调制解调器芯片SX1276，该芯片功耗低，且在空旷地带最大通信距离高至2.8KM，支持868-915MHZ频段。

本实施例中所述网关9采用HELTECH公司生产的HT-M01迷你网关，该网关9通过SPI或USB与上位机进行通讯。

本实施例中测速发电机4安装在带式输送机1的托辊2内部，其外转子与托辊辊皮连结，温度传感器5和三轴加速度传感器6、无线传输模块8与微处理器7集成在电路板上，检测装置安装在托辊内轴3上，托辊电机控制模块11上也安有网线传输模块8，当托辊2卡死时托辊电机控制模块11控制托辊电机12停止运转，无线传输模块8的天线裸露在外部。

本实施例中的无线传输模块8通过LoRa协议与网关9进行连接通信，该协议具有传输距离远、功耗低、成本低和便于大规模组网通信等特点。

本实施例中的上位机10用于显示各带式输送机的温度、振动参数及转速信息，当托辊卡死时会显示警告信息并发送信息至托辊电机控制模块11停止托辊电机12运转。

进一步地，管理员也可通过上位机10发送操作指令控制托辊电机12的开关。

本发明托辊状态信息数据库a根据带式输送机托辊的正常运转信息比对来判断托辊是否卡死，详细地来说，所述托辊多参数检测控制系统实现方法步骤具体如下：

(1)带式输送机正常运转据获取：当带式输送机正常运转时，通过传感器收集托辊的正常温度、振动参数及转速，录入托辊状态信息数据库a中；

(2)带式输送机异常运转据获取：模拟带式输送机状态异常的场景，当托辊卡死转速为零、皮带打滑温度升高以及皮带跑偏振动参数异常时，通过传感器收集信息，录入托辊状态信息数据库a中；

(3)在获取带式输送机运转信息后，通过对托辊实时状态信息与正常及异常状态信息的比对，判断托辊是否发生异常；

(4)该系统针对室温情况变化需实时更新数据库的信息，并且需要生成带式输送机运转状况日志，在上位机10内进行比较分析。

下面列举一个具体实施例，对本发明进行说明：

根据建立的模拟实验平台，如图2所示的带式输送机采用P型托辊。数据收集采用测速发电机、温度传感器和三轴加速度传感器，录入托辊状态信息数据库a中，该数据库包含我托辊实时状态信息与正常及异常状态信息。

系统的供电来自托辊内安装的三相交流发电机，其电流一路通过降压、整流、滤波、稳压给系统供电，另一路经过过滤整型成处理器可以识别的脉冲波形，通过内部时钟记录以达到测量托辊转速的目的。

测速发电机、温度传感器和三轴加速度传感器将收集到的信息传输至微处理器，微处理器将收到的信息处理后传输给无线传输模块，无线传输模块将信息通过LoRaWAN发送至网关，网关将接收到的信息发送到上位机，上位机将受到的信息录入托辊信息数据库a并判断带式输送机运转是否异常，若异常则将信息通过网关传输至无线传输模块，托辊电机控制模块控制托辊电机停止运转，并在上位机上进行警告提醒。