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    公司概況
    首頁:新聞技術 >> 長距離帶式輸送機托輥的故障檢測

    長距離帶式輸送機被廣泛應用在工業生產領域,具有運力大、效率高、操作簡單等優點。帶式輸送機的皮帶由一端的頭輪和另一端的尾輪驅動。在頭輪和尾輪之間,通常使用托輥支撐皮帶,以保證皮帶平穩可靠的運行。

     

    在輸送機運行過程中,托輥發生故障的可能性較大,如軸承損壞、輥子卡死等。托輥卡死是帶式輸送機常見的故障之一,其原因是粉塵,水分等雜物進入軸承內造成托輥無法正常運轉。發生故障的托輥與皮帶持續摩擦,使托輥表面的溫度逐漸升高,進而使軸承發熱甚至燒焦。在煤礦生產過程中,長時間摩擦產生的高溫極易導致礦井內發生火災甚至爆炸。目前,檢測長距離帶式輸送機托輥故障的常用檢測方法主要有人工巡回檢查和測量托輥軸承溫度。人工巡檢主要是現場工人根據經驗來判斷是否有故障發生,該方法的主要弊端是需要在數量眾多的托輥軸端上安裝傳感器,結構十分復雜,可靠性差,造價高,安裝、維護工作量大,并且缺少對每個傳感器失靈的報警功能。

    本文提出的方案能夠實現大量托輥的自動檢測,并且該檢測模塊具有在線自檢功能,提高了故障檢測的準確性和可靠性。同時,檢測模塊通過壓力傳感器將各個托輥進行編號,并將檢測到溫度值與各個托輥的編號相對應,能夠實現故障托輥的快速定位。另外,本文采用介質訪問控制算法和跳頻通信技術,能夠有效抑制外界環境對無線通信的干擾。

            1、  整體方案設計

        本設計主要由檢測模塊和接收模塊兩部份組成。檢測模塊將檢測到的數據以無線方式傳到接收模塊,接收模塊則以有線方式與上位機進行通信。其中每3個檢測模塊為一組,共兩組,每組間隔1M。每組中的3個檢測模塊分別檢測帶式輸送機的水平托輥和2個傾斜托輥。

     

        檢測模塊嵌入在皮帶內,隨著皮帶運動巡回檢測托輥的表面溫度,從而實現快速、準確的托輥故障報警。檢測模塊包括控制器、無線收發單元、溫度和壓力檢測裝置,其中控制器與無線通信芯片均采用低功耗器件,以減少檢測模塊的電量損耗。接收模塊安裝在帶式輸送機的頭部,用于接收檢測模塊發送的數據并將其傳送到上位機。在實際應用中,一般安裝2~3接收模塊,以實現接收模塊的故障自檢。



     

     2、  硬件設計

     2.1微處理器單元

        微處理器單元是檢測模塊的關鍵部分,一方面對溫度傳感器的測量值分拆處理并將其保存;另一方面通過控制無線通信單元將存儲的數據發送到接收裝置。本設計使用的控制器芯片是德州儀器公司的MSP430系列單片機,其具有低電壓、功耗小等優點,同時還具有一種工作模式和五種節電模式。

    2.2無線通信單元

    無線通信單元采用NRF905射頻收發器芯處,該芯片具有4種工作模式可供選擇,在完成收發數據后,芯片進入節能模式,可延長檢測 模塊的使用壽命。在抗干擾方面,NRF905芯片提供了多個頻段進行通信,可以滿足一點對多點通信和跳頻通信的需要。另外,該芯片可自動添加數據字頭和完成CRC校驗。

     


           當檢測模塊運行到接收模塊時,控制器通過SPI接口將地址信息與檢測模塊存儲的數據傳送給NRF905,而后控制器置高TRX_CE和TX-EN,芯片進入發送模式,AUTO-RETRAN被置高,發送過程完成后,芯片重新進入節能模式。

           2.3供電單元

           檢測模塊安裝在皮帶上,由電池供電,降低模塊功耗可以延長其使用壽命。本設計采用鋰電池為檢測模塊供電,其具有使用時間長、自身不易放電、極端環境適應性強等優點。除了選用高效電池,本設計所使用的控制器芯片和無線收發芯片均可工作在低功耗模式,以節約電量。在檢測模塊中加入壓力傳感器,當檢測模塊處于兩相鄰托輥之間時,壓力傳感器產生中斷信號,控制器芯片進入工作模式,完成數據采集后重新進入低功耗模式。當檢測模塊運行至接收模塊時,無線收發芯片進入活動模式,完成通信后重新設置為節能模式。

           3.軟件設計

           3.1介質訪問控制算法

    在本設計中,有多個檢測模塊需要同時向一個接收模塊傳送數據,但接收模塊在一定時間范圍內只能與一個檢測模塊通信,這樣就會造成數據 在傳遞過程中發生沖突。為解決上述問題,本設計采用CSMA/CA(載波監聽多點接/沖突退避)協議,它是一種隨機競爭類的MAC層協議。檢測模塊發送數據 時,首先監聽信道上是否有同頻率的載波信號,如果檢測到信道空閑,則退避一定時間并將退避次數加1,當退避次數達到設定值則向接收模塊發送數據。若監聽到信道中存在同頻率信號,則繼續監聽信道至空閑,再進行退避算法。

     

    NRF905芯片提供了載波監聽功能,當檢測模塊監測到信道中存在相同頻率的載波信號測芯片的CD引腳輸出高電平。


     

    3.2跳頻通信技術

    無線通信過程很容易受到外界環境的干擾,造成通信雙方無法正常傳輸數據,因此應采取相應措施提高無線通信系統的抗干擾能力。本設計采用跳頻通信協議克服外界環境對收發裝置的干擾,該協議主要是通過改變收發裝置的通信頻段,跳過受到干擾的頻段,保證收發裝置正常通信。



    NRF905芯片具有多個通信頻段,能夠滿足跳頻通信協議的要求。本設計將通信頻段分為控制頻段和數據頻段,其中控制頻段用來傳送控制幀,數據頻段用來傳關檢測模塊存儲的有效數據幀。

    3.3檢測模塊主程序

    檢測模塊進進入工作狀態時,控制器工作在低功耗模式,當檢測到壓力中斷信號,讀取溫度傳感器的溫度值,同時托輥編碼加1,并將托輥編碼與溫度數據對應存儲到控制器。如果托輥編碼計數達到設定值,控制器通過SPI接口將NRF905設置為活動模式,檢測模塊開始與接收模塊建立連接并發送數據。



     

    4、 實驗結果

    為了驗證該裝置的應用效果,搭建了實驗平臺,模擬帶式輸送機的運行過程。實驗裝置主要包括滾筒、小車、檢測模塊、接收模塊、加溫裝置等,檢測模塊安裝于小車下方并使其與滾筒接觸,令小車勻速前進并經過每個滾筒,接收模塊將接收到的測量值發送到上位機。

    4.1上位機監控界面

    主界面,通過監控界可以實現檢測模塊和接收模塊的參數設定和狀態監控。在主界面中,將整個皮帶分為4段,每段中包含若干個托輥,若該段中有托輥發生故障則顯示該區段超溫。

     


     

    4.2功耗分析

    在實際應用中,相鄰兩托輥的間距大約為1M,皮帶的速度約為2M/S,因此檢測模塊每隔500MS采集一次溫度值。圖11為檢測模塊工作周期示意圖,從圖11中可以看出,檢測模塊的正常工作時間為100MS,休眠時間為500MS,即占空比為16,因此檢測模塊大部分時間是處于休眠狀態,減少了電量損耗。

     

    5、  結論

    為了實現長距離帶式輸送機托輥狀態監測,本文提出了一種將檢測裝置嵌入皮帶內的檢測方法;并通過無線收發芯片將托輥的狀態信息傳到上位機,CSMA/CA協議的應用有效的解決了一點對多點的無線通信問題,避免了信道上的通信沖突。在抑制外界干擾方面,采用跳頻通信技術,降低了收發裝置的誤碼率。壓力傳感器的使用,實現了檢測模塊的間歇供電,有效的降低了檢測模塊的能量損耗,延長其使用壽命。

    [來源:原創] [作者:admin] [日期:16-03-16] [熱度:]
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