专利名称：传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机电一体化和自动控制领域，更具体的说，尤其涉及一种用于传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统。
背景技术：
在国内机械加工领域中，传动轴的设计生产主要采用经验公式，为了满足设计要求及使用的安全性，往往采用较大的安全系数，这样就造成了国内设计生产的传动轴的产品质量大、成本高、技术含量低，同时也显著增加了能源消耗，产品的附加价值较低；而采用安全系数相对小的传动轴，在设备运行时因不能实时监测传动轴的力矩大小而容易存在安全隐患。鉴于上述问题，往往在使用时需要进行传动轴的力矩测试，以确保满足设备现场的使用要求；但是在国内，这样的力矩测试往往仅局限于实验室中，不能达到现有机械生产中所要求的传动轴力矩的实时监测的水平，以至于采用安全系数相对较小的传动轴设备容易因为某种原因致使旋转的传动轴力矩突然增大，达到或者超过设计范围造成损坏。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种传动轴力矩实时监测及设备安全控制的系统，以解决现有技术中因无法实时监测传动轴力矩从而造成设备损坏的问题。本实用新型是通过以下技术方案实现的:传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，包括信号采集传送模块、无线网络、监测主机系统和设备控制系统；所述信号采集传送模块通过无线网络与监测主机连接；所述监测主机系统中的监控主机上设有监控配置软件并通过串行接口与设备控制系统中的控制模块连接。所述无线网络为采用2.4GHz频段的公用无线网络，频率范围为2.4000-2.4853GHz，共有125个频道及IGbps和250Kbps两种工作频率，支持点对多点通信。所述信号采集传送模块中的元件全部为贴片元件，包括力矩传感器、信号调理单元、信号传送单元和电源模块；所述力矩传感器的信号输出端与信号调理单元的信号输入端连接，信号调理单元的信号输出端与信号传送单元的信号输入端连接；所述信号调理单元和信号传送单元均由电源模块供电。贴片元件可使信号采集传送模块小巧紧凑，并且稳定的安装在传动轴及其摩擦副上。所述监测主机系统包括监测主机、显示系统及信号接收处理模块，所述信号接收处理模块的信号输出端与监测主机信号输入端连接，显示系统通过串行接口与监测主机连接。所述力矩传感器设置于传动轴的轴颈处，所述信号调理单元、信号传送单元均设置于传动轴对应的摩擦副上。所述力矩传感器由采用全桥测量方式的4片薄膜应变片组成。[0011]所述无线网络采用NRF2401无线收发芯片，该芯片具有多个不同的收发频道，可分别接收不同的数据采集传送模块发送的不同频道的无线信号。与现有技术相比，本实用新型取得的有益效果是:本实用新型能够实时监测传动轴的力矩数据变化，当设备因某种原因致使旋转传动轴力矩突然增大，达到或者超过设计范围时，监测主机系统立即发出报警信号，提示操作者必须停车检修；如果由于某种原因操作者未能及时处理，监测主机系统将会立即向设备控制系统发出停车指令使设备自动刹车，从而确保设备安全。可以降低传统设计传动轴的安全系数，减轻机件重量，节约机械加工传动轴的材料和能源。
图1是本实用新型的系统原理图；图2是本实用新型中的薄膜应变片接线图。图中:1 - η均为信号采集传送模块。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述说明。如图1和图2所示，传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，包括信号采集传送模块、无线网络、监测主机系统和设备控制系统；所述信号采集传送模块通过无线网络与监测主机连接；所述监测主机设有监控配置软件并通过串行接口与设备控制系统中的控制模块连接。所述无线网络为采用2.4GHz频段的公用无线网络，频率范围为
2.4000-2.4853GHz，共有125个频道及IGbps和250Kbps两种工作频率，支持点对多点通信，故信号采集处理模块的数量应控制在125个以下。所述信号采集传送模块全部为贴片元件，包括力矩传感器、信号调理单元、信号传送单元和电源模块；所述力矩传感器的信号输出端与信号调理单元的信号输入端连接，信号调理单元的信号输出端与信号传送单元的信号输入端连接；所述信号调理单元和信号传送单元均由电源模块供电。贴片元件可使信号采集传送模块小巧紧凑，并且稳定的安装在传动轴及其摩擦副上。所述监测主机系统包括监测主机、显示系统及信号接收处理模块，所述信号接收处理模块的信号输出端与监测主机信号输入端连接，显示系统通过串行接口与监测主机连接。所述力矩传感器设置于传动轴的轴颈处，所述信号调理单元、信号传送单元均设置于传动轴对应的摩擦副上。所述力矩传感器由采用全桥测量方式的4片薄膜应变片组成。所述无线网络采用NRF2401无线收发芯片，该芯片具有多个不同的收发频道，可分别接收不同的数据采集传送模块发送的不同频道的无线信号。本实用新型在使用时，需将薄膜应变片置于设备传动轴的轴颈处，但需注意不应影响传动轴整体的力学性能，且在安装时尽量减少对薄膜应变片测量传动轴形变精度的影响；按照全桥测量方式，使用4片薄膜应变片按照图2所示接线方式进行连接，为方便识另|J，也可将不同线路按照导线颜色进行区分；薄膜应变片测得的力矩信号通过信号调理单元进行信号处理，信号调理单元包括滤波电路、放大电路、A/D转换器、单片机处理器及控制电路；经过处理的信号经含有NRF2401无线收发芯片的信号传送单元以2.4GHz频段传送至信号接收处理模块；上述各模块均由电源模块供电，供电模块采用直流供电方式，电压为+5V。信号接收处理模块在接收任一数据采集传送模块发送的无线信号后，经过无线接收模块将信号传送至监测主机，所述监测主机主要包括处理器、数据存储装置、报警电路，显示电路，且监测主机上安装有监控配置软件，可根据事先设置好的参数对传动轴力矩数据进行分析比较，超出比较数据参数后通过报警电路向设备操作者进行报警；若因为某种原因，操作员未及时停止设备，监测主机通过串行接口向设备控制系统中的控制模块发出刹车指令，以保证设备在传动轴力矩过大时的安全。本实用新型所述传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统采用“冗余式容错系统”设计方法，含有至少两路的信号采集传送模块，系统可自行根据各路信号处理模块反馈回的信号进行计算判断，可以将存在误报、漏报的现象降至最低；也可以在其中任一信号采集传送模块发生损坏的情况下不影响其整个系统的正常工作。
权利要求1.一种传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:包括信号采集传送模块、无线网络、监测主机系统和设备控制系统；所述信号采集传送模块通过无线网络与监测主机系统连接；所述监测主机系统中输出端通过串行接口与设备控制系统中的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:所述无线网络为2.4GHz频段的无线网络。
3.根据权利要求2所述的传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:所述无线网络的接收与传送均采用NRF2401无线收发芯片。
4.根据权利要求2所述的传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:所述信号采集传送模块元件全部为贴片元件，包括力矩传感器、信号调理单元、信号传送单元和电源模块；所述力矩传感器的信号输出端与信号调理单元的信号输入端连接，信号调理单元的信号输出端与信号传送单元的信号输入端连接；所述信号调理单元和信号传送单元均由电源模块供电。
5.根据权利要求4所述的传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:所述监测主机系统包括监测主机、显示系统及信号接收处理模块，所述信号接收处理模块的信号输出端与监测主机信号输入端连接，显示系统通过串行接口与监测主机连接。
6.根据权利要求4所述的传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:所述力矩传感器设置于传动轴的轴颈处，所述信号调理单元、信号传送单元均设置于传动轴对应的摩擦副上。
7.根据权利要求4所述的传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:所述电源模块采用直流供电方式，供电电压为+5V。
8.根据权利要求4或6所述的传动轴力矩实时监测及设备安全控制系统，其特征在于:所述力矩传感器由采用全桥测量方式的4片薄膜应变片组成。
专利摘要本实用新型提供了一种传动轴力矩实时监测及设备安全控制的系统，属于机电一体化和自动控制领域。其解决了现有技术中因无法实时监测传动轴力矩从而造成设备损坏的问题。其通过以下技术方案实现包括信号采集传送模块、无线网络、监测主机系统和设备控制系统；所述信号采集传送系统通过无线网络与监测主机连接；所述监测主机系统设有监控配置软件并通过串行接口与设备控制系统中的控制模块连接。当传动轴力矩突然增大时，系统发出报警信号提示操作者停车；若设备未及时停止，监测主机系统便向设备控制系统发出刹车指令迫使设备停车。本实用新型主要用于传动轴力矩监测和设备安全控制。
文档编号G05B19/048GK203038053SQ201220707669
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者杨宝山 申请人:临沂业隆通用机械有限公司