激光位移传感器在输送带垂度测量系统中的应用
激光位移传感器在输送带垂度测量系统中的应用
作者:周月娥;梅松;袁延强
带式输送机作为最常用的物料传送设备,在工业生产中已经得到广泛应用。 输送带垂度是指输送带在空载或者负载的情况下,受到输送带自重或者自重与运输物重量之和的总重量作用而产生的沿重力方向上的偏移量。 输送带垂度是输送带的固有属性也是输送带的基本属性之一。 实时获取输送带的垂度,了解输送带垂度的变化,对于带式输送机安全有效地运行是十分重要的。 本文提出了通过激光位移传感器来测量输送带垂度方法,可保证输送带垂度测量精度达到 0.1 mm。 该方法属于非接触式测量,磨损小、长期稳定性高。
1 系统架构设计
输送带垂度测量系统应具有数据采集,数据分析, 数据传输等功能, 其系统总体架构主要包括 5个层次。
(1)硬件层 输送带垂度测量系统的硬件,主要包括激光位移传感器(根据垂度测量精度要求选择),满足数据处理需要的单片机、通讯接口等,以及整个系统电路;
(2)驱动层 通过功能软件驱动底层设备,协调各功能任务执行,包括采样、实时时钟、人机交互、通信驱动、电源管理和数据存储等模块;
(3)通信层 通信层是使得下位机与上位机连接在一起的媒介,通信层包括接口总线和通信协议;
(4)功能层 功能层是系统的核心,主要包含:数据处理、重量分析、垂度与流量关系分析、数据存储等模块;
(5)应用层 系统运行的用户界面,用户通过应用层可使用垂度测量系统的各项功能,展开垂度测量系统的实际应用。
2 输送带垂度测量系统方案设计
(1)整体方案设计
输送带垂度测量系统方案(垂直输送带传输方向上的截面图)。 测量垂度时,要将激光器置于两托辊间距一半且位于横向一半位置,也就是两托辊间输送带的中点(待测点)。 为使激光位移传感器装置定位于待测点,并使激光位移传感器发射光垂直于垂度为零的基准线,以保证垂度的准确测量,专门设计了激光位移传感器位置在 x、y、z 3个方向上精确可调支架系统。
(2)系统硬件设计
输送带垂度测量系统单片机采用 ARM2100 系列的 LPC2132 型,片内资源丰富,满足本方案设计;看门狗模块对微控制器程序起保护作用 , 选用SP706S 型号;铁电存储器选用 FM25L04 型,用于永久存储有用数据,可快速读写,是单片机软件设计中的好助手; 给 ARM 供电电源模块为直流 3.3 V;通信接口采用 RS-485 接口,方便远程传输,异步半双工差分输出,传输速率为 300~115.2 KBPS。
选择 LOD2_50W10_ 型号的激光位移传感器,利用光学三角法基本原理来计算发射位置与反射点的距离。 测量量程为 60-105 mm,测量精度为0.1 mm。 采用 24 V 直流电压源供电。
输送带垂度测量系统。激光位移传感器输出信号经滤波, 放大调理模块,通过 A/D 变换器,将数字信号传给单片机,由单片机将数据送至串口,通过 485 总线由上位机网络将采集到的数据进行分析处理, 如输送垂度计算,输送带垂度与输送带承载关系,输送带垂度与张力关系等。
(3)系统软件设计
输送带垂度测量系统主要包括上位机软件设计和下位软件设计 2 部分。
上位机软件采用 VB 为开发平台, 下位机负责测量最低点的距离并将数据发送下位机采集数据并且向上位机传送数据是通过串口中断实现的,单片机上电通过 RS422/232 接口转换器向激光位移传感器发送采集命令,开始从传感器中不断提取数据,通过断电来停止采集。
3 测量结果与分析
本系统已经在南京三埃工控股份有限公司实际应用,以下数据是在该公司厂房的实际测量数据。
3.1 测量系统实现的功能
(1)系统设置 主要是通讯接口的设置,设置串口、波特率、校验位、数据位、停止位的参数信息。 设置与下位机相匹配参数,保证上、下位机之间的顺利通讯;
(2)状态监测 通过对显示曲线的观察,更直观地反映输送带载重变化趋势;
(3)数据显示 与采样距离曲线是一致的,反映曲线波动具体数据差距;
(4)数据存储 将有用数据存储,同时提供数据查询功能。
3.2 测量结果及分析
实验条件:①设定料斗下料流量为 100 t/h;② 初始预紧力为 800 kg;③输送带宽度为 1.2m;④分别设定频率为 12 Hz、25 Hz、37 Hz 和一组下料为50 t/h,电机频率为 37 Hz,进行采样。 垂度为 0 时采样距离为76.50 mm,假设输送带参数为 10 kg/m。通过对测量数据进行分析,可以得出输送带垂度与承载量的关系可以看出,输送带垂度随着输送带承载增加而增加,但是不成线性比例关系。 由上述分析,可以了解输送带承载给输送带带来的影响。 由此实验结果,可以通过进一步处理,通过条件约束,将非线性关系转换成区域性线性关系方程。
4 结语
本文将激光位移传感器应用于输送带垂度测量系统, 精确地完成了输送带下垂量的测量工作。系统对硬件方案和软件方案分别进行了具体设计,完成了输送带垂度测量系统的开发,利用激光位移传感器实现了对输送带垂度的实时测量。 测量结果表明激光位移传感器的采集精度满足设计要求,同时也能较准确地反映出输送带垂度与承载重量的关系。本测量系统采用激光位移传感器的测量方法,可以简化测量输送带垂度的实验设备,更加高效和精确,同时也避免了因接触式测量中的摩擦和磨损带来的测量误差,提高了测量稳定性。本测量系统可以满足输送带垂度的动态测量要求,对进一步分析输送带张力、耐久性等属性及提高带式输送机动态称重精度具有重要的应用价值。
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