基于智能機(jī)器視覺的皮帶輸送機(jī)撕裂監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化研究

張 星

（晉城煤業(yè)集團(tuán)長平煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048006）

引言

在生產(chǎn)過程中，當(dāng)一個(gè)部位發(fā)生問題就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線關(guān)聯(lián)停機(jī)，給生產(chǎn)造成重大損失。所以目前皮帶運(yùn)輸機(jī)都加裝了許多保護(hù)裝置，它們在生產(chǎn)過程中發(fā)揮了一定作用。但是由于煤炭生產(chǎn)環(huán)境相對惡劣，機(jī)件容易銹蝕失靈，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)漏報(bào)、誤報(bào)的現(xiàn)象，到目前還沒有一種可靠的技術(shù)能夠完全解決皮帶縱撕、下料倉口堆煤、下行皮帶過速等常見事故。各生產(chǎn)單位主要依靠人工巡檢來發(fā)現(xiàn)問題，但是由于人員經(jīng)驗(yàn)不足、疲勞作業(yè)、空當(dāng)、遺漏等原因?qū)е聼o法杜絕事故發(fā)生，因此，針對以上問題確定研究方向?yàn)閼?yīng)用智能機(jī)器視覺技術(shù)，對重點(diǎn)生產(chǎn)設(shè)備或區(qū)域進(jìn)行全過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測管控，當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)先對現(xiàn)場人員進(jìn)行預(yù)警，將皮帶縱撕事故消滅在萌芽狀態(tài)。

1 項(xiàng)目背景

隨著長平洗煤廠生產(chǎn)能力的提升，對煤礦持續(xù)運(yùn)輸能力的要求不斷提高。長平洗煤廠運(yùn)輸系統(tǒng)采用皮帶輸送機(jī)，在運(yùn)輸量大量提高的背景下，輸送帶頻繁出現(xiàn)撕裂。目前輸送帶撕裂監(jiān)測工作主要依靠人工巡視，這無法有效地解決輸送帶撕裂所帶來的損失。輸送帶撕裂不能夠及時(shí)維修大大地增加了煤炭生產(chǎn)事故的發(fā)生概率。因此，長平洗煤廠積極推進(jìn)智慧礦山的規(guī)劃和建設(shè)，實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)撕裂智能化監(jiān)測操作，確保皮帶輸送機(jī)撕裂情況被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)維修，保證煤炭運(yùn)輸安全，提高煤炭持續(xù)運(yùn)輸?shù)哪芰托省?/p>

2 主要設(shè)備選型及設(shè)置

2.1 視頻監(jiān)測報(bào)警裝置主機(jī)

采用智能視頻分析技術(shù)在運(yùn)輸膠帶的視頻中設(shè)置檢測區(qū)域，通過智能檢測異物，可在工業(yè)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺設(shè)定停機(jī)規(guī)則；當(dāng)在生產(chǎn)過程中有異物突然出現(xiàn)（如錨桿、鋼板、大塊煤矸石等）并停留超過設(shè)定時(shí)間，管理平臺發(fā)出語音報(bào)警提醒集控室或調(diào)度室值班人員，并顯示異物位置圖像，同時(shí)視頻監(jiān)測報(bào)警裝置主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號，通過聲光報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警提醒巡查人員及時(shí)處理。

在膠帶輸送機(jī)落煤點(diǎn)或搭接點(diǎn)附近設(shè)置撕裂傳感器（響應(yīng)時(shí)間≤2 ms，檢測顆粒直徑≤10 mm），當(dāng)異物掉落刺穿膠帶輸送機(jī)發(fā)生膠帶輸送機(jī)撕裂時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警停機(jī)。

當(dāng)在生產(chǎn)過程中輸送機(jī)組下游膠帶輸送機(jī)突然停機(jī)而上游膠帶輸送機(jī)繼續(xù)生產(chǎn)或有大塊物料卡住倉口，下料倉口煤流超過設(shè)定高度、時(shí)間時(shí)，平臺發(fā)出語音報(bào)警提醒值班人員，同時(shí)發(fā)出報(bào)警停機(jī)信號，并發(fā)出現(xiàn)場聲光報(bào)警提醒巡檢人員及時(shí)處理。

當(dāng)監(jiān)測主機(jī)監(jiān)測到視頻信號丟失、視頻模糊、PLC 故障、報(bào)警信號器故障、智能控制主機(jī)電源故障等，參與集控的設(shè)備按程序，自故障設(shè)備開始上游設(shè)備閉鎖停車、下游設(shè)備正常運(yùn)行[1]。在集控室上位機(jī)顯示器報(bào)警、顯示故障原因。同時(shí)現(xiàn)場語音箱以語音的方式報(bào)警給現(xiàn)場巡檢人員，并同步上傳到地面服務(wù)器及客戶端電腦。

當(dāng)出現(xiàn)各類故障時(shí)，地面客戶端同時(shí)語音報(bào)警，顯示報(bào)警故障位置、狀態(tài)等。可根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行靈敏度參數(shù)調(diào)整，降低誤報(bào)率。

為了保證視頻監(jiān)測報(bào)警的可靠性和效率，長平洗煤廠選用型號為ZBS127-Z 的主機(jī)。經(jīng)過測試后，能夠滿足現(xiàn)有皮帶輸送機(jī)撕裂監(jiān)測中的報(bào)警工作要求。

2.2 礦用隔爆型攝像儀

設(shè)置視頻監(jiān)測報(bào)警裝置主機(jī)并不能完全滿足帶式輸送機(jī)撕裂監(jiān)測工作要求。長平洗煤廠通過增加礦用隔爆型攝像儀來提高帶式輸送機(jī)監(jiān)測清晰度，確保帶式輸送機(jī)出現(xiàn)撕裂情況時(shí)能夠及時(shí)提示視頻監(jiān)測報(bào)警裝置主機(jī)發(fā)出報(bào)警。

礦用隔爆型攝像儀通過增加濾光介質(zhì)和圖像增強(qiáng)芯片，保證所攝視頻的穩(wěn)定性、安全性和清晰度。采用光敏控制方案實(shí)現(xiàn)智能紅外控制。攝像儀自帶健康監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)圖像質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)，自動(dòng)報(bào)警到后端管理軟件。

根據(jù)長平洗煤廠帶式輸送機(jī)撕裂情況及運(yùn)輸要求，選用型號為KBA127 的礦用隔爆型攝像儀，數(shù)量為5 臺。目的是確保帶式輸送機(jī)能夠全方位地被監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)異常能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警提示[2]。

2.3 撕裂傳感器

撕裂傳感器具有全程自檢、抗震性強(qiáng)等功能。撕裂傳感器在檢測過程中能夠采用防抖動(dòng)算法，防止水滴等雜物輸出誤動(dòng)作信號，實(shí)現(xiàn)縱撕保護(hù)；控制系統(tǒng)有自檢故障報(bào)警功能，當(dāng)光幕故障時(shí)閉鎖膠帶輸送機(jī)。傳感器可根據(jù)實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行靈敏度參數(shù)調(diào)整，保持不同環(huán)境下高精度檢測。長平洗煤廠通過安裝5 臺型號為GVD24 的撕裂傳感器，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的高精度檢測工作。

2.4 軟件操作系統(tǒng)

長平洗煤廠購買1 套皮帶運(yùn)輸機(jī)撕裂及物料堆積檢測系統(tǒng)V1.0，實(shí)現(xiàn)對視頻檢測報(bào)警裝置主機(jī)、礦用隔爆攝像儀和撕裂傳感器的參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)控制，確保皮帶輸送機(jī)撕裂監(jiān)測系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，及時(shí)地發(fā)出皮帶撕裂警示及情況。該系統(tǒng)包括首頁登錄頁面、智能管理，歷史查詢、系統(tǒng)運(yùn)行圖、系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)、任務(wù)管理、系統(tǒng)管理等軟件功能模塊[3]。系統(tǒng)可提供視頻監(jiān)控畫面，在發(fā)現(xiàn)異物狀態(tài)下，系統(tǒng)可自動(dòng)報(bào)警并在報(bào)警狀態(tài)下將監(jiān)控畫面中報(bào)警物體自動(dòng)標(biāo)定，提醒工作人員現(xiàn)場排查清理異物。

3 設(shè)備安裝及效果

皮帶輸送機(jī)防撕裂實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采用機(jī)器視覺技術(shù)，在煤倉口等監(jiān)測點(diǎn)上方安裝礦用智能攝像儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測煤流的情況，并通過軟件平臺設(shè)定報(bào)警和停機(jī)規(guī)則，以實(shí)現(xiàn)（煤倉內(nèi)）監(jiān)測區(qū)域的安全防控。

異物檢測：在落料倉口等監(jiān)測點(diǎn)上方安裝礦用智能攝像儀，在生產(chǎn)過程中有異物突然出現(xiàn)并停留超過設(shè)定時(shí)間時(shí)，平臺發(fā)出語音報(bào)警提醒值班人員及時(shí)處理。

撕裂檢測：在皮帶落煤點(diǎn)附近設(shè)置撕裂傳感器，當(dāng)異物掉落刺穿皮帶發(fā)生皮帶撕裂時(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警停機(jī)，避免損失擴(kuò)大。撕裂傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快的特性（響應(yīng)時(shí)間≤2 ms，檢測顆粒直徑≤10 mm）[4]。當(dāng)帶式輸送機(jī)皮帶發(fā)生縱向撕裂時(shí)，皮帶上的物料就會(huì)通過撕裂處向下泄漏，觸發(fā)撕裂傳感器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警停機(jī)。該系統(tǒng)的設(shè)置可有效減少工作人員巡視的工作量和減小整條皮帶嚴(yán)重撕裂所造成的損失。

物料堆積檢測：通過智能分析設(shè)備中平臺軟件劃出的監(jiān)測區(qū)域，設(shè)定報(bào)警和停機(jī)規(guī)則，當(dāng)在生產(chǎn)過程中輸送機(jī)組下方皮帶突然停機(jī)而上方皮帶繼續(xù)生產(chǎn)或有大塊物料卡住倉口，下料倉口煤流超過設(shè)定高度、時(shí)間時(shí)，平臺發(fā)出語音報(bào)警提醒值班人員，同時(shí)產(chǎn)出報(bào)警停機(jī)信號，并發(fā)出現(xiàn)場聲光報(bào)警提醒巡檢人員及時(shí)處理。

4 效益分析

4.1 設(shè)備效益分析

該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)及報(bào)警信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，避免了設(shè)備故障的擴(kuò)大化和減少停機(jī)事故，加強(qiáng)了對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)調(diào)度和管理，提高了生產(chǎn)效率，保障了系統(tǒng)設(shè)備的完好，減少了膠帶磨損、接頭老化，延長了設(shè)備的使用壽命，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

4.2 安全效益分析

該系統(tǒng)為安全生產(chǎn)管理提供一個(gè)快速、安全、可靠的管理平臺，實(shí)現(xiàn)了主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)本質(zhì)安全、高效節(jié)能的目標(biāo)，提高了礦井的安全生產(chǎn)管理調(diào)度水平，減少了人為誤操作帶來的安全傷害，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，變長時(shí)堅(jiān)守為定時(shí)巡檢，減少了長期在噪音、粉塵等環(huán)境下工作對人員造成的職業(yè)健康傷害，提高了危險(xiǎn)源辨識的時(shí)效性。