CS241615B1

CS241615B1 - Device for sensing the volume of material transported on a conveyor belt

Info

Publication number: CS241615B1
Application number: CS853083A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Nakladal; Lubomir Hejtmanek
Original assignee: Lubomir Nakladal; Lubomir Hejtmanek
Priority date: 1983-11-17
Filing date: 1983-11-17
Publication date: 1986-04-17

Abstract

Úkolem zařízení je zajistit objem materiálu přepravovaného na dopravním pásu pásových dopravníků. Zařízení řeší tento úkol tím, že nad dopravním pásem jsou umístěny nejméně dva bloky ultrazvukového vysilače a přijímače. Každý z použitých bloků ultrazvukového vysílače a přijímače je napojen na vyhodnocovací blok, na který je též napojen blok synchronizace a blok kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím. Použité blohy ultrazvukového vysílače a přijímače jsou nad dopravním pásem uspořádány tak, že každý následný blok ultrazvukového vysílače a přijímače je vůči předchozímu bloku ultrazvukového vysílače a přijímače posunut ve směru pohybu pásu.The task of the device is to ensure the volume of material transported on the conveyor belt of belt conveyors. The device solves this task by placing at least two blocks of ultrasonic transmitter and receiver above the conveyor belt. Each of the used blocks of ultrasonic transmitter and receiver is connected to an evaluation block, to which a synchronization block and a block for compensating for changes in the speed of propagation of the ultrasonic signal through the environment are also connected. The used blocks of ultrasonic transmitter and receiver are arranged above the conveyor belt in such a way that each subsequent block of ultrasonic transmitter and receiver is shifted in relation to the previous block of ultrasonic transmitter and receiver in the direction of movement of the belt.

Description

Vynález se týká zařízení pro snímání objemu materiálu přepravovaného na dopravním pásu, například na pásu těžebních strojů.The invention relates to a device for sensing the volume of material transported on a conveyor belt, for example a conveyor belt.

Dosud známá řešení pro snímání objemu materiálu přepravovaného na dopravním pásu používají jeden ultrazvukový vysílač a přijímač. Jedná se tedy o měření výšky přepravovaného materiálu v místě sondy a stanovení objemu vychází z výpočtu, který podle výšky materiálu předpokládá jeho násypný tvar.The prior art solutions for sensing the volume of material transported on the conveyor belt use one ultrasonic transmitter and receiver. It is therefore a measurement of the height of the transported material at the location of the probe and the determination of the volume is based on a calculation which assumes its hopper shape according to the material height.

Nevýhodou výše uvedeného řešení je jeho značná nepřesnost, která se pohybuje v rozmezí až + 20 %. Velikost nepřesnosti je ovlivněna především nerovnoměrností sypání přepravovaného materiálu, jeho kusovítostí a také tím, že není prováděna kompenzace na změnu rychlostí šíření ultrazvukového signálu prostředím. Další nevýhodou tohoto řešení je, že k vyhodnocení objemu se používá složitý analogový elektronický obvod s řadou korekcí pro modelování koryta pásu.The disadvantage of the above solution is its considerable inaccuracy, which ranges from up to + 20%. The magnitude of the inaccuracy is mainly influenced by the unevenness of the material flowing, its bulkiness and also by the fact that no compensation is made for the change in the speed of propagation of the ultrasonic signal through the environment. Another disadvantage of this solution is that a complex analog electronic circuit with a number of corrections for belt trough modeling is used to evaluate the volume.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje zařízení pro snímání objemu materiálu přepravovaného na dopravním pásu podle vynálezu, na jehož vyhodnocovací blok je popřípadě napojen blok kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím. Podstatou vynálezu je, že nad dopravním pásem jsou umístěny nejméně dva bloky ultrazvukového vysílače a přijímače. Vstup prvního bloku ultrazvukového vysílače a přijímače je napojen na první řídící výstup vyhodnocovacího bloku a výstup prvního bloku ultrazvukového vysílače a přijímače je napojen na první měřící vstup vyhodnocovacího bloku. Vstup druhého bloku ultra2The above-mentioned disadvantages are eliminated by the device for sensing the volume of material transported on the conveyor belt according to the invention, to whose evaluation block there is optionally connected a block of compensation of the rate of propagation of the ultrasonic signal by the environment. It is an object of the invention that at least two ultrasonic transmitter and receiver blocks are located above the conveyor belt. The input of the first block of the ultrasonic transmitter and receiver is connected to the first control output of the evaluation block and the output of the first block of the ultrasonic transmitter and receiver is connected to the first measuring input of the evaluation block. Input of the second ultra2 block

241 615 zvukového vysílače a přijímače a každého následujícího bloku ultrazvukového vysílače a přijímače je napojen na druhý případně následující řídící výstup vyhodnocovacího bloku a výstup druhého bloku ultrazvukového vysílače a přijímače a každého následujícího bloku ultrazvukového vysílače a přijímače je napojen^- na druhý, případně následující měřící vstup vyhodnocovacího bloku· Synchronizační vstup vyhodnocovacího bloku je napojen na výstup bloku synchronizace· Druhý blok ultrazvukového vysílače a přijímače a každý případně následující blok ultrazvukového vysílače a přijímače je vůči prvnímu bloku ultrazvukového vysílače a přijímače, případně vůči předchozímu bloku ultrazvukového vysílače a přijímače, posunut ve směru pohybu pásu o vzdálenost úměrnou rychlosti dopravního pásu a počtu použitých bloků ultrazvukových vysílačů a přijímačů.241615 sound transmitter and receiver and each subsequent block of the ultrasonic transmitter and receiver is connected to the second or following the control output of the evaluating unit and the output of the second block of the ultrasonic transmitter and receiver and each subsequent block of the ultrasonic transmitter and receiver is connected ^- to a second or subsequent measurement input evaluation block · The synchronization input of the evaluation block is connected to the output of the synchronization block. movement of the belt by a distance proportional to the conveyor belt speed and the number of ultrasonic transmitter and receiver blocks used.

Výhody zařízení podle vynálezu spočívají v tom, že použitím více bloků ultrazvukových vysílačů a přijímačů na Šířku pásu je umožněno sledovat tvar povrchu přepravovaného materiálu, přičemž vliv změny rychlosti dopravního pásu je vyloučen pomocí bloku synchronizace. Použitím bloku kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím je vyloučena i nepřesnost měření v závislosti na teplotě, vlhkosti a prašnosti prostředí. Další výhodou zařízení je jeho univerzálnost, neboí jej lze použít pro různé druhy dopravních pásů, přičemž změna parametrů se provádí jen úpravou programu vyhodnocovacího bloku. Další výhodou je možnost sledování nerovnoměrného nasypávání přepravovaného materiálu, které zapříčiňuje vybočování dopravního pásu.Advantages of the device according to the invention are that by using multiple blocks of ultrasonic transmitters and receivers per strip width, it is possible to trace the surface shape of the conveyed material, the effect of changing the speed of the conveyor belt being eliminated by means of a synchronization block. By using a compensation block for changing the rate of ultrasonic signal propagation through the environment, measurement inaccuracies due to temperature, humidity and dustiness of the environment are also excluded. Another advantage of the device is its versatility, as it can be used for various types of conveyor belts, while changing the parameters is done only by modifying the program of the evaluation block. Another advantage is the possibility of monitoring uneven pouring of the transported material, which causes the conveyor belt to skew.

Na výkresech jev příkladném provedení schématicky znázorněn přédmět vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněno blokové schéma zařízení pro snímání objemu materiálu přepravovaného na dopravním pásu, na obr. 2 je znázorněn příklad vyhodnocovacího bloku a na obr. 3 je znázorněn příklad uspořádání ultrazvukových vysíhčů a přijímačů nad dopravním pásem.1 shows a block diagram of a device for sensing the volume of material transported on a conveyor belt, FIG. 2 shows an example of an evaluation block, and FIG. 3 shows an example of an arrangement of ultrasonic transmitters, and FIG. receivers above the conveyor belt.

Zařízení pro snímání objemu materiálu přepravovaného na dopravním pásu sestává z nejméně dvou bloků ultrazvukových vysílačů a přijímačů, které jsou umístěny nad dopravním pásem.The device for sensing the volume of material transported on the conveyor belt comprises at least two blocks of ultrasonic transmitters and receivers, which are located above the conveyor belt.

Vstup prvního bloku 1. ultrazvukového vysílače a přijímače (obr. 1) je napojen na první řídicí výstup vyhodnocovacího bloku 2. Výstup prvního bloku 1. ultrazvukového vysílače a při3The input of the first block 1 of the ultrasonic transmitter and receiver (Fig. 1) is connected to the first control output of the evaluation block 2. The output of the first block 1 of the ultrasonic transmitter and

241 615 jímače je napojen na první měřící vstup vyhodnocovacího bloku 2. Vstup druhého bloku 1 * ultrazvukového vysílače a přijímače a každého následujícího bloku ultrazvukového vysílače a přijímače je napojen na druhý, případně následující řídící výstup vyhodnocovacího bloku 2. Výstup druhého bloku 1 * ultrazvukového vysílače a přijímače a každého následujícího bloku ultrazvukového vysílače a přijímače je napojen na druhý, případně následující měřící vstup vyhodnocovacího bloku 2. Na synchronizační vstup vyhodnocovacího bloku 2 je napojen výstup bloku 2 synchronizace, který je s výhodou tvořen snímačem dráhy pásu. Na kompen začni výstup vyhodnocovacího bloku 2 je napojen vstup bloku £ kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu pro středím, který je tvořen ultrazvukovým vysílačem a přijímačem umístěným v konstantní vzdálenosti nad pevnou odrazovou plochou v blízkosti měřeného profilu přepravovaného materiálu. Výstup bloku £ kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím je napojen na kompenzační vstup vyhodnocovacího bloku 2. Bloky ultrazvukových vysílačů a přijímačů a blok J synchronizace a také blok £ kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím jsou ve vyhodnocovacím bloku 2 v příkladném provedení (obr. 2) napojeny na jednotku 21 styku s prostředím. Jednotka 21 styku s prostředím je obousměrnou sběrnicí napojena na mikropočítač 22, v jehož paměti je uložen program, podle kterého celé zařízení pracuje. Na mikropočítač 22 je obousměrnou sběrnicí napojena rovněž jednotka 23 nastavení a ovládání celého zařízení a také číslicově analogový převodník 24. a jednosměrnou sběrnicí displey 25. Na mikropočítač 22 je dále napojena jednotka 26 registrující celkové množství přepravovaného materiálu a jednotka 27 hlášení maximálního přepravovaného množství. Jednotlivé jednotky ultrazvukového vysílače a přijímače (obr. 3) jsou nad dopravním pásem uspořádány tak, že jsou vůči sobě vzájemně posunuty ve směru pohybu pásu o konstantní vzdálenost_fúměrnou rychlosti pásu a počtu použitých bloků ultrazvukových vysílačů a přijímačů.The receiver 241 615 is connected to the first measurement input of the evaluation block 2. The input of the second block 1 * of the ultrasonic transmitter and receiver and each subsequent block of the ultrasonic transmitter and receiver is connected to the second or subsequent control output of the evaluation block 2. and the receiver and each subsequent block of the ultrasonic transmitter and receiver is connected to the second or subsequent measurement input of the evaluation block 2. The output of the synchronization block 2, which is preferably formed by a belt travel sensor, is connected to the synchronization input of the evaluation block 2. The output of the evaluation block 2 is coupled to the compensated output of the evaluation block 2 of the center velocity compensation block, which consists of an ultrasonic transmitter and receiver located at a constant distance above a fixed reflective surface near the measured profile of the conveyed material. The output of the environmental ultrasonic signal rate compensation block 6 is coupled to the compensation input of the evaluation block 2. The ultrasonic transmitter and receiver blocks and the synchronization block J as well as the environmental ultrasonic signal rate compensation block 6 are in the evaluation block 2 in an exemplary embodiment (FIG. 2) connected to the environment contact unit 21. The environmental contact unit 21 is coupled to a microcomputer 22 in a bi-directional bus, in which a program is stored, according to which the whole device operates. The microcomputer 22 is also connected via the bi-directional bus to the unit 23 for setting up and controlling the entire device, as well as a digital-to-analog converter 24 and a unidirectional displey bus 25. The microcomputer 22 is further connected. The individual ultrasonic transmitter and receiver units (FIG. 3) are arranged above the conveyor belt so that they are offset relative to each other in the direction of belt travel by a constant distance _f proportional to the belt speed and the number of ultrasonic transmitter and receiver blocks used.

Měření objemu materiálu přepravovaného na dopravním pásu je založeno na postupném snímání výšky materiálu ve více, nejméně dvou bodech, které jsou rovnoměrně rozděleny na šířku dopravního pásu. Měření probíhá tak, že po příchodu synchroni4The measurement of the volume of material transported on the conveyor belt is based on the progressive sensing of the height of the material at more, at least two points, which are evenly distributed over the width of the conveyor belt. The measurement is carried out in such a way that upon the arrival of synchroni4

241 615 začního impulsu z bloku 2 synchronizace (obr. 1), který signalizuje, že dopravní pás ujel předem stanovenou vzdálenost, dojde ke spuštění vysílače v prvním bloku χ ultrazvukového vysílače a přijímače, který vyšle ultrazvukový signál měřenému povrchu přepravovaného materiálu. Současně je v jednotce 21 styku s prostředím (obr. 2) spouštěn obvod pro měření doby šíření ultrazvukového signálu. Po přijmutí odraženého ultrazvukového signálu přijímačem prvního bloku X ultrazvukového vysílače a přijímače dojde k zablokování obvodu pro měření doby šíření ultrazvukového signálu. Změřená doba, která je přímo úměrná vzdálenosti mezi blokem χ ultrazvukového vysílače a přijímače a měřeným povrchem, se dále zpracovává v mikropočítači 22 podprogramem pro určení elementárního objemu. Současně s výpočtem elementárního objemu pod prvním blokem χ ultrazvukového vysílače a přijímače probíhá měření doby šíření ultrazvukového signálu pod druhým blokem 1 * ultrazvukového vysílače a přijímače tai, že po příchodu dalšího synchronizačního impulsu z bloku 2 synchronizace, dojde ke spuštění vysílače ve druhém bloku 1» ultrazvukového vysílače a přijímače, který vyšle ultrazvukový signál k měřenému povrchu přepravovaného materiálu. Současně jev jednotce 21 styku s prostředím spuštěn obvod pro měření doby šíření ultrazvukového signálu. Po přijmutí odraženého ultrazvukového signálu přijímačem druhého bloku 1 * ultrazvukového vysílače a přijímače dojde k zablokování obvodu pro měření doby šíření ultrazvukového signálu. Změřená doba, která je tentokrát úměrná vzdálenosti mezi druhým blokem 1 * ultrazvukového vysílače a přijímače a měřeným povrchemjse dále zpracovává v mikropočítači 22 podprogramem pro určení elementráního objemu. Po skončení výpočtu elementárního objemu pod druhým blokem 1 * ultrazvukového vysílače a přijímače se jeho hodnota připočítá k hodnotě elementárního objemu pod prvním blokem χ ultrazvukového vysílače a přijímače. Uvedený postup pro měření doby šíření ultrazvukového signálu a následný výpočet elementárního objemu se dále případně opakuje tolikrát, kolik bloků ultrazvukových vysílačů a přijímačů je na šířku pásu ještě rozmístěno. Po skončení výpočtu posledního elementárního objemu a jeho připočítání k předr cházejícím hodnotám je ukončen jeden cyklus měření. Výsledná hodnota objemu za jeden cyklus měření se vysílá jednak na číslicově analogový převodník 24. jehož výstupní veličina umožňuje241 615 of the initial pulse from the synchronization block 2 (Fig. 1), which indicates that the conveyor belt has traveled a predetermined distance, the transmitter is triggered in the first block χ of the ultrasonic transmitter and receiver, which sends an ultrasonic signal to the measured surface. At the same time, a circuit for measuring the propagation time of the ultrasonic signal is triggered in the environmental contact unit (FIG. 2). Upon receipt of the reflected ultrasonic signal by the receiver of the first block X of the ultrasonic transmitter and receiver, the ultrasonic signal propagation time measuring circuit is blocked. The measured time, which is directly proportional to the distance between the χ block of the ultrasonic transmitter and the receiver and the surface to be measured, is further processed in the microcomputer 22 by a subroutine to determine the elementary volume. Simultaneously with calculating the elementary volume under the first block χ of the ultrasonic transmitter and receiver, the ultrasonic signal propagation time under the second block 1 * of the ultrasonic transmitter and receiver is measured so that after the next synchronization pulse from the synchronization block 2 the transmitter starts in the second block 1 » an ultrasonic transmitter and receiver that sends an ultrasonic signal to the measured surface of the material being transported. At the same time, a circuit for measuring the propagation time of the ultrasonic signal is triggered in the environmental contact unit 21. Upon receipt of the reflected ultrasonic signal by the receiver of the second ultrasonic transmitter block 1 *, the ultrasonic signal propagation time circuit is blocked. The measured time, this time proportional to the distance between the second ultrasonic transmitter and receiver block 1 and the measured surface, is further processed in the microcomputer 22 by a subroutine to determine the elemental volume. After the calculation of the elemental volume below the second block 1 * of the ultrasonic transmitter and receiver, its value is added to the value of the elementary volume below the first block χ of the ultrasonic transmitter and receiver. Said process for measuring the propagation time of the ultrasonic signal and then calculating the elemental volume is optionally repeated as many times as many blocks of ultrasonic transmitters and receivers are still distributed over the width of the strip. After the calculation of the last elementary volume and its addition to the previous values, one measurement cycle is completed. The resulting volume value per measurement cycle is transmitted to the D / A converter 24, whose output variable allows

241 615 plynulou regulaci objemového množství, jednak na display 25. který například v procentech zobrazuje průběžnou hodnotu objemu a jednak na jednotku 26. registrující celkové množství přepravovaného materiálu. Dále se hodnota objemu za jeden cyklus měření porovnává s hodnotou objemu nastavenou na začátku měření v jednotce nastavení a ovládání celého zařízení a jestliže je shodná nebo větší aktivuje se jednotka 27 hlášení maximálního množství. Po příchodu synchronizačního impulsu z bloku J synchronizace se celý cyklus měření znovu opakuje od prvního bloku 1 ultrazvukového vysílače a přijímače. Pro vyloučení závislosti naměřených hodnot na teplotě, vlhkosti a prašnosti prostředí se využívá bloku £ kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím tak, že například před každým měřícím cyklem je přes kompenzační výstup vyhodnocovacího bloku 2 spuštěn vysílač bloku £ kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím, který vyšle ultrazvukový signál k pevné odrazové ploše. Současně je v jednotce 21 styku s prostředím spouštěn obvod pro měření doby šíření ultrazvukového signálu. Po přijmutí odraženého ultrazvukového signálu přijímačem bloku £ kompenzace změny rychlosti šíření ultrazvukového signálu prostředím dojde k zablokování obvodu pro měření doby šíření ultrazvukového signálu. Jestliže potom poměřen této změřené doby a doby šíření ultrazvukového signálu prostředím za referenčních podmínek, například 20 °C, vynásobí. postupně všechny změřené doby šíření ultrazvukového signálu prostředím pod bloky ultrazvukových vysílačů a přijímačů je vyloučen vliv teploty, vlhkosti a prašnosti prostředí na naměřené hodnoty.241 615 continuous volume control, on the one hand, on the display 25, which, for example, shows the continuous volume value and, on the other hand, on the unit 26, which registers the total amount of transported material. Furthermore, the volume value per measurement cycle is compared to the volume value set at the beginning of the measurement in the unit of setting and control of the entire device, and if it is equal to or greater, the maximum quantity reporting unit 27 is activated. Upon arrival of the synchronization pulse from the synchronization block J, the entire measurement cycle is repeated from the first block 1 of the ultrasonic transmitter and receiver. To eliminate the dependence of the measured values on temperature, humidity and dustiness of the environment, the ultrasonic signal variation rate compensation block 6 is utilized such that, for example, before each measurement cycle, which sends an ultrasonic signal to a fixed reflection surface. At the same time, a circuit for measuring the propagation time of the ultrasonic signal is triggered in the environmental contact unit 21. Upon receipt of the reflected ultrasonic signal by the receiver of the block of compensation of the variation in the rate of propagation of the ultrasonic signal by the environment, the circuit for measuring the propagation time of the ultrasonic signal is blocked. If then the ratio of this measured time and the propagation time of the ultrasonic signal through the environment under reference conditions, for example 20 ° C, multiplies. gradually all measured times of ultrasonic signal propagation through the environment under the blocks of ultrasonic transmitters and receivers eliminate the influence of temperature, humidity and dustiness of the environment on the measured values.

Zařízení podle předmětu vynálezu lze využít u všech druhů pásových dopravníků, kde se vyskytuje potřeba buď regulovat nasypávání přepravovaného materiálUj nebo registrovat celkově přepravené množství materiálu nebo hlídání průchodnosti dopravní cesty nebo hlídání vybočení dopravního pásu a nebo jakékoliv kombinace uvedených požadavků. Zařízení lze využít například u kolesových rýpadel, kde se údaj snímače objemu využívá jako vstupní veličiny pro regulaci těženého množství, dále pro registraci celkově vytěženého množství materiálu a hlídání průchodnosti dopravní cesty.The apparatus according to the invention can be used in all kinds of belt conveyors where there is a need to either regulate the load of transported material or to register the total amount of transported material or to monitor the patency of a conveying path or guard the belt conveyor or any combination of these requirements. The device can be used, for example, for wheeled excavators, where the volume sensor is used as an input quantity for the control of the extracted quantity, as well as for the registration of the total extracted quantity of the material and monitoring the throughput of the transport route.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

241 615

Device for sensing the volume of material transported on a conveyor belt, to whose evaluation block there is optionally connected a block of compensation of the change of the ultrasonic signal velocity propagation through the environment, characterized in that at least two blocks of ultrasonic transmitter and receiver are placed above the conveyor belt. ) the ultrasonic transmitter and receiver is connected to the first control output of the evaluation block (2) and the output of the first block (1) of the ultrasonic transmitter and receiver is connected to the first measurement input of the evaluation block (2), the receiver and each subsequent ultrasonic transmitter and receiver block are connected to the second or subsequent control output of the evaluation block (2) and the output of the second ultrasonic transmitter and receiver block and each optional follower. the ultrasonic transmitter and receiver block is connected to the second or subsequent measuring input of the evaluation block (2), and the synchronization input of the evaluation block (2) is connected to the output of the synchronization block (3), the second ultrasonic transmitter and receiver block (1); as well as any subsequent ultrasonic transmitter / receiver block, it is offset relative to the previous ultrasonic transmitter / receiver block by a distance proportional to the conveyor belt speed and the number of ultrasonic transmitter / receiver blocks used ·