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基于多個(gè)超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì) 采煤量測(cè)量在煤礦開采中具有十分重要的意義。 傳送帶是煤炭運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部件， 這一設(shè)備對(duì)煤礦系統(tǒng)調(diào)度具有重要意義。 設(shè)計(jì)了一種由3個(gè)超聲波傳感器組成的系統(tǒng)， 以此來確定采煤斷面的移動(dòng)時(shí)間， 然后再加上膠帶速度， 經(jīng)過一段時(shí)間的綜合評(píng)估， 從而估算采煤量。 該系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)是確定掘進(jìn)過程中的采煤量， 旨在實(shí)現(xiàn)高效率、 低成本的煤炭運(yùn)輸和信息采集。 探討了基于多個(gè)超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 以期為行業(yè)的發(fā)展獻(xiàn)言獻(xiàn)策。 帶式輸送機(jī)是煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備， 應(yīng)用廣泛，且其節(jié)能降耗已成為一個(gè)重要的研究課題。 傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)反煤流啟動(dòng)方式要求輸送機(jī)在給料前由多個(gè)相互重疊的帶式輸送機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)裝載， 增加了帶式輸送機(jī)的空載運(yùn)行時(shí)間， 造成大量的能量浪費(fèi)和嚴(yán)重的機(jī)械磨損。 帶式輸送機(jī)直接引煤?jiǎn)?dòng)調(diào)速的重要依據(jù)是輸送機(jī)上的煤流量， 由物料流量檢測(cè)裝置測(cè)量叫 在現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)物料流量檢測(cè)裝置中， 電子皮帶秤可以檢測(cè)到物料的流動(dòng)， 但機(jī)械安裝復(fù)雜， 需要吊裝原皮帶輸送機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 核子秤屬于非接觸檢測(cè)， 安裝方便， 但測(cè)量精度易受物料分布不均、 斷續(xù)、 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(cè)帶的正上方， 利用回波測(cè)距原理測(cè)量皮帶上煤堆截面最高點(diǎn)， 煤堆截面與兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓弧近似相交叫然后通過堆積角、 托輥長(zhǎng)度和托輥角計(jì)算截面積， 進(jìn)而計(jì)算煤的流量叫依據(jù)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)， 設(shè)計(jì)了一個(gè)由3個(gè)超聲波傳感器組成的系統(tǒng)， 目的是確定采煤斷面的移動(dòng)時(shí)間， 再加上膠帶速度， 經(jīng)過一段時(shí)間的綜合評(píng)估， 從而估算采煤量。 該系統(tǒng)的開發(fā)基礎(chǔ)是確定掘進(jìn)過程中的采煤量。 1系統(tǒng)軟硬件構(gòu)建 單位時(shí)間內(nèi)的采煤量測(cè)量是跟蹤單機(jī)生產(chǎn)的重要部分， 對(duì)礦井的系統(tǒng)調(diào)度具有重要意義， 可以通過3個(gè)超聲波傳感器在3個(gè)點(diǎn)上的測(cè)量距離來實(shí)現(xiàn)［4］。 多點(diǎn)超聲計(jì)數(shù)測(cè)距技術(shù)原理如圖1所示。 超聲波探頭安裝在皮帶的上下兩側(cè)， 探頭設(shè)置在與皮帶運(yùn)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(jī)的規(guī)格不同， 相應(yīng)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(tǒng)一設(shè)計(jì)。 超聲波探頭的間距可以設(shè)計(jì)成不同的大小， 滿足大多數(shù)帶式輸送機(jī)的要求。 探測(cè)器安裝在中間的位置， 也就是坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸， 垂直方向?yàn)閥軸。 A、 B、 C指上方傳感器對(duì)煤炭樣品的上界面的探測(cè)點(diǎn)， D、 E、 F指下方傳感器對(duì)煤炭樣品的下界面的探測(cè)點(diǎn)。 上方探測(cè)器所處位置與煤樣的距離分別為伽、 m2和m3， 下方探測(cè)器所處位置與煤樣的距離分別為ni、 n和“ 3。 圖1中的6 個(gè)測(cè)點(diǎn)分別為（ -D， mJ、 （0， m2） 、 （D，m）、（ -D， h-n）、 （0， h-n）和（ D， h-n）， 可以根據(jù)具體算法計(jì)算材料的截面積（ 即采用第一卷積算法等） 。 圖2為基于多個(gè)超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測(cè)量系統(tǒng)示意圖。 圖2中， 傳感器T1、 T2、 T3安裝在凸凹帶上， 傳輸計(jì)算機(jī)系統(tǒng)USON-UC-LCD采集的信息USON-UC-LCD處理這些信息后計(jì)算出煤的體積。 斷面瞬時(shí)電流在皮帶上流動(dòng)， 加上綜合帶速， 可以確定采煤量。 所開發(fā)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(jì)算機(jī)需要USON提供有用的數(shù)據(jù)封隔器。 一旦應(yīng)用程序執(zhí)行完畢， 計(jì)算機(jī)將等待50 ms再執(zhí)行。 如果USON在這段時(shí)間內(nèi)沒有響應(yīng)， 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(yīng)時(shí)， 記錄在文件中稱為串行錯(cuò)誤“ComErr.dat” ， 在挖掘機(jī)駕駛室的串行接口 COM2上傳輸。 挖掘機(jī)駕駛室中的一個(gè)顯示單元帶有一個(gè)2x16字符的LCD、 80C552微控制器和一個(gè)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(shè)備， 在前面板上已安裝LCD顯示器。 集控系統(tǒng)實(shí)物圖如圖3所示。 圖2基于多個(gè)超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測(cè)量系統(tǒng)示意圖
圖3集控系統(tǒng)實(shí)物圖 采用多點(diǎn)超聲計(jì)數(shù)測(cè)距技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了皮帶表面多點(diǎn)坐標(biāo)定位（ 如圖1所示） o該系統(tǒng)是通過掃描3個(gè)超聲波傳感器的響應(yīng)信息和感應(yīng)式編碼器的轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)功能的， 因此得到的所有值都是數(shù)字信號(hào)， 且這些值是動(dòng)態(tài)的， 取決于譜帶（ 在時(shí)間t內(nèi)挖掘的煤層的厚度和挖掘速度） 。 該設(shè)備還具有一個(gè)功能， 即在3個(gè)傳感上顯示煤的狀況（ 正常/不正常） 。 USON所獲得的數(shù)據(jù)被發(fā)送到UC系列。 這實(shí)際上是一臺(tái)配備有快速微處理器的工業(yè)計(jì)算機(jī)， 用于解釋數(shù)據(jù)， 并設(shè)法將與皮帶動(dòng)態(tài)速度相關(guān)的3個(gè)超聲波傳感器關(guān)聯(lián)到一個(gè)值。 該動(dòng)態(tài)值由在功能上獨(dú)立的兩個(gè)系統(tǒng)上顯示（ 即顯示數(shù)據(jù)設(shè)備） 。 UC允許進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算， 因?yàn)樗邆淇焖傥⑻幚砥鳎?該處理器擁有適合的處理速度） 。 UC除了對(duì)硬盤動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行記錄外， 還通過串行數(shù)據(jù)總線挖掘觸點(diǎn)信息， 以根據(jù)設(shè)備范圍提供數(shù)據(jù)流。 USON-UC的通信速率非常高， 可以檢測(cè)到任何缺失設(shè)備， 以消除可能的缺陷互連。 從功能的角度來看， USON-UC構(gòu)建了一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)， 這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與微控制器發(fā)出的描述相對(duì)應(yīng)。 串行通信是本地設(shè)備USON與PC結(jié)構(gòu)上的機(jī)器之間、 PC與挖掘機(jī)艙顯示單元之間的通信。 2系統(tǒng)效果驗(yàn)證 以A礦區(qū)一煤倉(cāng)傳送帶為研究對(duì)象， 驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性。 采用兩種物料流量傳感器對(duì)帶式輸送機(jī)的煤流量進(jìn)行檢測(cè)。 一種采用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)， 稱為系統(tǒng)1， 另一種采用傳統(tǒng)的單點(diǎn)傳感器， 為系統(tǒng)2o 2個(gè)傳感器相距1 m， 安裝在距給煤機(jī)下游方向2 m處。煤倉(cāng)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(nèi)。 該系統(tǒng)采用電腦控制煤倉(cāng)啟停， 同時(shí)記錄了位置傳感器和2個(gè)流量傳感器的數(shù)據(jù)， 每次放煤5 min， 重復(fù)3次， 數(shù)據(jù)如表1所示。 本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)根據(jù)截面積近似算法， 將材料截面形狀轉(zhuǎn)化為多邊形。 通過對(duì)多邊形面積的計(jì)算，得到了材料的近似截面積， 最終得到了煤炭流量。 工程實(shí)踐的結(jié)果表明， 該方法比單點(diǎn)超聲測(cè)距誤差小。傳統(tǒng)的超聲波流量檢測(cè)方法需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置安裝高度、 探頭角度等參數(shù)。 該方法采用多點(diǎn)超聲測(cè)距技術(shù)， 所有參數(shù)均由傳感器測(cè)量， 方便用戶操作， 避免了人為安裝因素造成的誤差。 多點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)有利于檢測(cè)煤料的橫向分布當(dāng)物料長(zhǎng)時(shí)間集中在膠帶一側(cè)時(shí)， 可以對(duì)膠帶凸度進(jìn)行故障報(bào)警。 要提高運(yùn)輸連續(xù)帶設(shè)備的自動(dòng)化程度， 必須為它們配備傳感器和傳感器系統(tǒng)， 以便在線跟蹤生產(chǎn)過程。 連續(xù)傳動(dòng)控制單元必須做以下操作： 狀態(tài)帶自動(dòng)控制， 調(diào)整力度大， 測(cè)量物料輸送量， 避免物料結(jié)塊。 此外， 在今后， 對(duì)傳送帶狀態(tài)的控制還包括以下功能： 探測(cè)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(gè)超聲波傳感器的輸煤皮帶流量測(cè)量系統(tǒng)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭流量的精準(zhǔn)測(cè)量。 在今后的設(shè)計(jì)中， 還需要注意輸送帶結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，并使用不斷更新的在線編制的數(shù)據(jù)庫(kù)， 對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行控制， 以優(yōu)化輸送帶的工藝參數(shù)。 采用超聲波傳感器解決了單位時(shí)間內(nèi)采煤量的測(cè)量問題， 對(duì)估算生 班寧產(chǎn)品匯總 |
