CN203011462U - 皮带物料动态监测*** - Google Patents

Abstract

一种皮带物料动态监测***，其特征是它包括:扫描传感器（1）,该扫描传感器（1）用于扫描皮带上物料轮廓形状；速度传感器（2），该速度传感器（2）用于测量皮带运行速度；智能数据处理器（3），该智能数据处理器（3）用于数据采集和处理和主控制器（4），该主控制器（4）用于数据计算以及控制智能数据处理器（3）进行实时数据采集。本实用新型解决了皮带物料的高精度、自动化及数字化测量的难题，采用非接触方式快速高效准确测定皮带所输运物料体积甚至质量，为企业提高了经济效益和管理水平。

Description

皮带物料动态监测***

技术领域

本实用新型涉及一种物料测量***，尤其是被测对象处于非静止状态时，采用非接触式扫描分析技术对输送固态散装物料进行连续称量，具体地说是一种皮带物料动态监测***。

背景技术

火力发电厂是煤炭使用的重要单位，火力发电成本中煤炭的成本占有举足轻重的地位。在大型煤炭加工、利用企业中, 各部门之间的严格、合理的核算, 对提高企业的经济效益十分有效。但由于缺少稳定、可靠的检测、计量手段, 严格、合理的核算、管理却很难实现。为保证发电厂煤炭使用与管理的科学化，有必要对煤炭的运输、仓储和使用过程中的体积或重量进行实时计量。在散装煤炭重量的测量方法中，常见的方法使用皮带秤直接称量。

目前比较成熟且应用广泛的皮带秤，有“电子皮带秤”和“核子秤”2种。电子皮带秤利用压力传感器，来测定输料皮带上物料的重量，属于接触式测量，测量结果不可避免受皮带张力、刚度、自重、倾斜等多种因素影响，为保证准确性，不得不精细地维护，频繁地校验，在实际使用时，维护工作十分繁重，而且准确性却并不如标定实验所给出的那么好，它有“伪高精度”的缺陷；核子秤是利用γ射线透射物料时的减弱规律与物料的质量厚度有关, 来实现测量的是非接触式测量。但是，核子秤存在“形状误差”缺陷，有人实际测定了2块砖平铺与2块砖叠放在一起两种情况下核子秤的测量结果，发现同样是2块砖，只是堆积形状不同，核子秤给出的结果却不一样，叠放起来时的结果明显比并排放时要小，两者之差高达17％。此外，电子皮带秤和核子秤均为累计型连续称重设备，能比较准确给出长时间内，大批量物料的总重量，但无法准确给出短时间内物料的“瞬时量”。显然，难以满足要求能提供物料准确“瞬时量”的应用场合。

据了解，一般港口的装船机, 原来都配备有电子皮带秤，由于上述原因，实际上却搁置不用。随着自动化料场的普及，各企业为提高自身生产效率的迫切需要，对工艺控制和管理水平要求越来越高，传统完全盘存测量方式已经开始落后，相应地希望能有性能更好的在线测量设备，局部盘存测量或实时测量将是未来趋势。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的测量装置误差大的问题，设计一种非接触式的能测定皮带所输运物料体积甚至质量的皮带物料动态监测***，对物料运输过程中进行实时测量，高频率采集物料断面数据。

本实用新型的技术方案是：

一种皮带物料动态监测***，其特征是它包括:

一扫描传感器1,该扫描传感器1用于扫描皮带上物料轮廓形状；

一速度传感器2，该速度传感器2用于测量皮带运行速度；

一智能数据处理器3，该智能数据处理器3用于数据采集和处理，并通过有线或无线通讯方式与扫描传感器1和速度传感器2双向连接，它能根据速度传感器2测得的速度结合时间计算出皮带传输的距离，以一定的距离间隔触发扫描传感器1扫描皮带上物料每个轮廓形状结合初始采集得到底部形状，并由主控制器4对每个断面在前进方向上进行实时积分计算，获得皮带上运输物料的实时总体积；

一主控制器4，该主控制器4用于数据计算以及控制智能数据处理器3进行实时数据采集。

所述的扫描传感器1采用激光扫描仪，其安装在被测物料的正上方，皮带输送机上方，在智能数据处理器3的控制下扫描随着皮带不断传送的物料的断面形状并传输给智能数据处理器3。

所述的速度传感器2采用雷达测速仪，安装在皮带上方，应用多普勒效应，根据接收到被测物料的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度。

所述的智能数据处理器3，用于数据的采集和处理：采集扫描传感器1和速度传感器2数据，并将所监测的数据转换成主控制器4所需模式，通过以太网5（较长距离采用光纤）或无线方式传输到主控制器4，主控制器4发送指令通过智能数据处理器3控制扫描传感器1和速度传感器2。

本实用新型不仅可以对物料进行在线体积测量，更可以在线实时质量测量，通过取样标定获得物料密度，从而计算并显示出物料的瞬时流量和累积流量，计算出皮带运输物料的总质量。

所述的主控制器4是PC机、平板电脑、智能手机等，主控制器4通过有线或者无线方式与打印机相连。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过采用高精度的二维激光扫描仪对皮带上运输物料进行高频率断面扫描获得高密度的断面数据，并结合高精度雷达测速仪采集的皮带运动速度结合时间计算出皮带位移量，通过精确高效的扇形断面数据算法，可以对每个断面在前进方向上进行实时进行积分计算，便获得皮带上运输物料的实时总体积，解决了皮带物料的高精度、自动化及数字化测量的难题，并形成了包含数据采集、数据计算、三维显示、成果输出、管理信息***集成的一整套方案。 

本实用新型可应用于煤炭企业内部严格合理的核算管理，激光扫描仪和雷达测速仪构成了煤炭多参数在线检测, 能提供所输送煤炭准确的瞬时、累计数量，准确掌握了煤炭的体积和质量这个重要信息，实现严格、合理的核算，管理就有了保证。所以, 准确、可靠的皮带物料动态监测***, 为煤炭企业各部门之间公平核算提供了各方都信得过的“公平秤”。

本实用新型安装简便，投入少，结构简单，支持远程盘煤。管理者可在远离现场的控制室里，通过主控制器改变参数，可同时看管多条皮带生产线，提供了工作效率。

本实用新型能适应粉料、块料、混合料等各种固态散装物料, 而且测量准确, 稳定性好，可用于皮带上煤堆动态监测。但不仅限于此，更可用于各工业部门各种动态***, 如食品***、水泥生料***、烟丝***等，用它组成各种目的的动态称重***, 一定会取得更好的效果。

附图说明

图1是本实用新型的***结构框图。

图2是本实用新型的数据采集器工作流程图。

图3是本实用新型的物料体积测量示意图。

图4是本实用新型的物料体积计算原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

如图1、2、3、4所示。

一种皮带物料动态监测***，它主要由扫描传感器1、速度传感器2、智能数据处理器3和主控制器4组成，其中用于扫描物料上表面的扫描传感器1（可采用型号为SICK-LMS221的二维激光扫描仪），安装在被测物料的正上方，皮带输送机上方，扫描随着皮带不断传送的物料的上表面并能获取断面形状。用于测量皮带运行速度的速度传感器2（采用美国雷达测速仪Si-3），安装在皮带上方，应用多普勒效应，根据接收到被测物料的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度。智能数据处理器3用于数据采集和处理，扫描传感器1和速度传感器2与智能数据处理器3通过有线或无线通讯方式连接，智能数据处理器3根据速度传感器2测得的速度结合时间计算出皮带传输的距离，以一定的距离间隔触发扫描传感器1扫描皮带上物料每个轮廓形状，底部形状可由初始时采集得到，从而对每个断面在前进方向上进行实时积分计算，便获得皮带上运输物料的实时总体积，智能数据处理器3与主控制器4相连。如图1所示。

本实用新型的数据采集器工作流程图，如图2所示。

激光扫描仪通过符合ANSI TIA/EIA-422-B电气标准的信号或者通过以太网与智能数据处理器相连，解决了通过TTL电平的RS232总线连接导致的数据传输过程中信号衰减、数据误码率高的问题。

本实用新型的数据采集器工作流程图，如图2所示。

本实用新型的工作过程包括以下步骤：

步骤1，由激光扫描仪1、雷达测速仪2进行被测对象的数据采集；并将采集的数据实时传输给智能数据处理器3；

步骤2，智能数据处理器3将采集的数据经过初步处理，过滤完全无效的数据后，传输到主控制器4；

步骤3，主控制器4通过积分运算计算出被测物料体积。激光扫描仪1开启进行扫描行程扇形红外激光束，从上向下射向皮带，形成一条横跨皮带，由一系列光斑连成的“亮带”。在空皮带时，该亮带显示的是扇形激光束与皮带的交界线，如图3a所示；在有物料时，“亮带”显示出扇形激光束与物料表面相交的轮廓线，如图3b所示；在有物料时，不断扫描散装物料表面的轮廓结合初始底部数据，与空皮带的亮带相比，可得到一系列物料横断面积S，如图3c所示。

主控制器积分计算基于定义：

首先建立皮带物料测量平面坐标系XOY，以皮带运输方向为χ轴，整条物料被切割成N小段（N足够大），物料的范围设为χ₁≤χ≤χ_N。以和χ轴垂直的平面将物料切成薄片，物料就被分割成了“微小宽度的图形”。

在坐标χ的点上切分物料，设函数S(χ)为坐标χ的点上的截面积是关于χ的函数。“切面的面积”在点χ的一侧是S(χ)，在点(χ+Δχ)一侧是S(χ+Δχ)，两者稍微有些不同。这是，从点χ开始增加Δχ时，体积的增量是点χ和点(χ+Δχ)的各自的相应截面所夹的厚度为Δχ的微小部分。如果将厚度切得很薄很薄，左右截面的形状就几乎相同，它们的面积也变得几乎相等，也即厚度越薄，左右的截面就越一致。如图4所示。

即当Δχ→0时，则截面面积S(χ+Δχ)→S(χ) 。

而截面面积S(χ)可根据皮带物料上表面扫描数据与初始采集的底部数据构成，如图3c所示。因此截面面积S(χ)可容易求得。

设皮带的运行速度v（匀速时是常数）由雷达测速仪测量所得，时间间隔Δt，Δt足够小才能使得获取高扫描频率，薄片更薄，截面面积S(χ)更精确。智能数据处理器根据雷达测得的皮带运行速度v结合时间间隔Δt，计算出皮带平移距离Δχ=v·Δt，则被测物料的总体积为V_总：

***工作原理是：通过在皮带上方安装激光扫描仪、雷达测速仪和智能数据处理器。皮带的运行触发皮带物料动态监测***的开始。开始测量前，在智能数据处理器上输入煤炭编号，测量皮带形状校正数据。随着皮带的运行，雷达测速仪测量皮带运行速度，智能数据处理器根据雷达测速仪测得的速度结合时间计算皮带平移距离，以一定的距离间隔触发激光扫描仪扫描皮带上物料上表面，其与初始采集的底部数据构成各个断面。这样每个断面在皮带前进方向上实时进行积分计算，便获得皮带上运输物料的实时总体积。智能数据处理器将测得的皮带物料数据和物料编号通过网络上传到主控制器。皮带停止运行时，皮带物料动态监测***自动关闭。

***不仅可以对物料进行在线体积测量，更可以在线实时质量测量，通过取样标定获得物料密度，从而计算并显示出物料的瞬时流量和累积流量，计算出皮带运输物料的总质量。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限度。

Claims (5)

1.一种皮带物料动态监测***，其特征是它包括:

一扫描传感器（1）,该扫描传感器（1）用于扫描皮带上物料轮廓形状；

一速度传感器（2），该速度传感器（2）用于测量皮带运行速度；

一智能数据处理器（3），该智能数据处理器（3）用于数据采集和处理，并通过有线或无线通讯方式与扫描传感器（1）和速度传感器（2）双向连接，它能根据速度传感器（2）测得的速度结合时间计算出皮带传输的距离，以一定的距离间隔触发扫描传感器（1）扫描皮带上物料每个轮廓形状结合初始采集得到底部形状，并由主控制器（4）对每个断面在前进方向上进行实时积分计算，获得皮带上运输物料的实时总体积；

一主控制器（4），该主控制器（4）用于数据计算以及控制智能数据处理器（3）进行实时数据采集。

2.根据权利要求1所述的皮带物料动态监测***，其特征是所述的扫描传感器（1）采用激光扫描仪，其安装在被测物料的正上方，皮带输送机上方，在智能数据处理器（3）的控制下扫描随着皮带不断传送的物料的断面形状并传输给智能数据处理器（3）。

3.根据权利要求1所述的皮带物料动态监测***，其特征是所述的速度传感器（2）采用雷达测速仪，安装在皮带上方，应用多普勒效应，根据接收到被测物料的反射波频移量的计算而得出被测物体的运动速度。

4.根据权利要求1所述的皮带物料动态监测***，其特征是所述的智能数据处理器（3），用于数据的采集和处理：采集扫描传感器（1）和速度传感器（2）数据，并将所监测的数据转换成主控制器（4）所需模式，通过以太网（5）或无线方式传输到主控制器（4），主控制器（4）发送指令通过智能数据处理器（3）控制扫描传感器（1）和速度传感器（2）。

5.根据权利要求1所述的皮带物料动态监测***，其特征是所述的主控制器（4）是PC机、平板电脑或智能手机，主控制器（4）通过有线或者无线方式与打印机相连。

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