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基于多個超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測量系統設計 采煤量測量在煤礦開采中具有十分重要的意義。 傳送帶是煤炭運輸的關鍵部件， 這一設備對煤礦系統調度具有重要意義。 設計了一種由3個超聲波傳感器組成的系統， 以此來確定采煤斷面的移動時間， 然后再加上膠帶速度， 經過一段時間的綜合評估， 從而估算采煤量。 該系統的開發基礎是確定掘進過程中的采煤量， 旨在實現高效率、 低成本的煤炭運輸和信息采集。 探討了基于多個超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測量系統設計， 以期為行業的發展獻言獻策。 帶式輸送機是煤炭運輸的主要設備， 應用廣泛，且其節能降耗已成為一個重要的研究課題。 傳統的帶式輸送機反煤流啟動方式要求輸送機在給料前由多個相互重疊的帶式輸送機平穩啟動裝載， 增加了帶式輸送機的空載運行時間， 造成大量的能量浪費和嚴重的機械磨損。 帶式輸送機直接引煤啟動調速的重要依據是輸送機上的煤流量， 由物料流量檢測裝置測量叫 在現有的帶式輸送機物料流量檢測裝置中， 電子皮帶秤可以檢測到物料的流動， 但機械安裝復雜， 需要吊裝原皮帶輸送機的機械結構。 核子秤屬于非接觸檢測， 安裝方便， 但測量精度易受物料分布不均、 斷續、 有放射性等因素影響。 有研究人員提出將超聲波煤流傳感器安裝在被測帶的正上方， 利用回波測距原理測量皮帶上煤堆截面最高點， 煤堆截面與兩個標準圓弧近似相交叫然后通過堆積角、 托輥長度和托輥角計算截面積， 進而計算煤的流量叫依據長期的工程實踐經驗， 設計了一個由3個超聲波傳感器組成的系統， 目的是確定采煤斷面的移動時間， 再加上膠帶速度， 經過一段時間的綜合評估， 從而估算采煤量。 該系統的開發基礎是確定掘進過程中的采煤量。 1系統軟硬件構建 單位時間內的采煤量測量是跟蹤單機生產的重要部分， 對礦井的系統調度具有重要意義， 可以通過3個超聲波傳感器在3個點上的測量距離來實現［4］。 多點超聲計數測距技術原理如圖1所示。 超聲波探頭安裝在皮帶的上下兩側， 探頭設置在與皮帶運行方向垂直的支架的上等距處， 支架位于相鄰兩組之間。 如圖1所示， 超聲波探頭與探頭的距離為d，支架的高度為ho帶式輸送機的規格不同， 相應的輥的大小也不同， 因此皮帶的高度和寬度也是不同的。 但是不同皮帶的寬度和高度是相似的， 所以裝置的高度h可以統一設計。 超聲波探頭的間距可以設計成不同的大小， 滿足大多數帶式輸送機的要求。 探測器安裝在中間的位置， 也就是坐標原點，水平方向為x軸， 垂直方向為y軸。 A、 B、 C指上方傳感器對煤炭樣品的上界面的探測點， D、 E、 F指下方傳感器對煤炭樣品的下界面的探測點。 上方探測器所處位置與煤樣的距離分別為伽、 m2和m3， 下方探測器所處位置與煤樣的距離分別為ni、 n和“ 3。 圖1中的6 個測點分別為（ -D， mJ、 （0， m2） 、 （D，m）、（ -D， h-n）、 （0， h-n）和（ D， h-n）， 可以根據具體算法計算材料的截面積（ 即采用第一卷積算法等） 。 圖2為基于多個超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測量系統示意圖。 圖2中， 傳感器T1、 T2、 T3安裝在凸凹帶上， 傳輸計算機系統USON-UC-LCD采集的信息USON-UC-LCD處理這些信息后計算出煤的體積。 斷面瞬時電流在皮帶上流動， 加上綜合帶速， 可以確定采煤量。 所開發的確定大容量膠帶輸送物料流量的軟包（PP USON）是用C++匯編語言編寫的。 計算機需要USON提供有用的數據封隔器。 一旦應用程序執行完畢， 計算機將等待50 ms再執行。 如果USON在這段時間內沒有響應， 有兩種可能， 即無線通信中斷和USON供電電壓不足。 判定USON沒有回應時， 記錄在文件中稱為串行錯誤“ComErr.dat” ， 在挖掘機駕駛室的串行接口 COM2上傳輸。 挖掘機駕駛室中的一個顯示單元帶有一個2x16字符的LCD、 80C552微控制器和一個串行接口， 在功能上與PC兼容。 電腦未配備任何視頻卡或圖形顯示設備， 在前面板上已安裝LCD顯示器。 集控系統實物圖如圖3所示。 圖2基于多個超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測量系統示意圖
圖3集控系統實物圖 采用多點超聲計數測距技術， 實現了皮帶表面多點坐標定位（ 如圖1所示） o該系統是通過掃描3個超聲波傳感器的響應信息和感應式編碼器的轉數實現功能的， 因此得到的所有值都是數字信號， 且這些值是動態的， 取決于譜帶（ 在時間t內挖掘的煤層的厚度和挖掘速度） 。 該設備還具有一個功能， 即在3個傳感上顯示煤的狀況（ 正常/不正常） 。 USON所獲得的數據被發送到UC系列。 這實際上是一臺配備有快速微處理器的工業計算機， 用于解釋數據， 并設法將與皮帶動態速度相關的3個超聲波傳感器關聯到一個值。 該動態值由在功能上獨立的兩個系統上顯示（ 即顯示數據設備） 。 UC允許進行大量的數據計算， 因為它具備快速微處理器（ 該處理器擁有適合的處理速度） 。 UC除了對硬盤動態行為進行記錄外， 還通過串行數據總線挖掘觸點信息， 以根據設備范圍提供數據流。 USON-UC的通信速率非常高， 可以檢測到任何缺失設備， 以消除可能的缺陷互連。 從功能的角度來看， USON-UC構建了一些數據結構， 這些數據結構與微控制器發出的描述相對應。 串行通信是本地設備USON與PC結構上的機器之間、 PC與挖掘機艙顯示單元之間的通信。 2系統效果驗證 以A礦區一煤倉傳送帶為研究對象， 驗證了該系統的有效性。 采用兩種物料流量傳感器對帶式輸送機的煤流量進行檢測。 一種采用本文設計的系統， 稱為系統1， 另一種采用傳統的單點傳感器， 為系統2o 2個傳感器相距1 m， 安裝在距給煤機下游方向2 m處。煤倉高20 m， 直徑3 mo傳送帶的帶速為2.5 m/s， 帶寬為1000 mm， 傳輸量控制在14~17 m3/min的范圍內。 該系統采用電腦控制煤倉啟停， 同時記錄了位置傳感器和2個流量傳感器的數據， 每次放煤5 min， 重復3次， 數據如表1所示。 本文所設計的系統根據截面積近似算法， 將材料截面形狀轉化為多邊形。 通過對多邊形面積的計算，得到了材料的近似截面積， 最終得到了煤炭流量。 工程實踐的結果表明， 該方法比單點超聲測距誤差小。傳統的超聲波流量檢測方法需要根據實際情況設置安裝高度、 探頭角度等參數。 該方法采用多點超聲測距技術， 所有參數均由傳感器測量， 方便用戶操作， 避免了人為安裝因素造成的誤差。 多點檢測技術有利于檢測煤料的橫向分布當物料長時間集中在膠帶一側時， 可以對膠帶凸度進行故障報警。 要提高運輸連續帶設備的自動化程度， 必須為它們配備傳感器和傳感器系統， 以便在線跟蹤生產過程。 連續傳動控制單元必須做以下操作： 狀態帶自動控制， 調整力度大， 測量物料輸送量， 避免物料結塊。 此外， 在今后， 對傳送帶狀態的控制還包括以下功能： 探測帶縱向斷裂、 全部或部分橫向斷裂以及部分煤炭材料分散在下支板上， 造成過早磨損， 帶來額外的能源消耗等。 綜上所述， 基于多個超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測量系統可以有效實現對煤炭流量的精準測量。 在今后的設計中， 還需要注意輸送帶結構參數的優化，并使用不斷更新的在線編制的數據庫， 對其進行動態運行控制， 以優化輸送帶的工藝參數。 采用超聲波傳感器解決了單位時間內采煤量的測量問題， 對估算生 班寧產品匯總 |
