輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究

劉海云

（晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 晉中 030600）

引言

帶式輸送機(jī)是煤礦物料運輸?shù)暮诵模涔ぷ鞯姆€(wěn)定性和可靠性直接決定了煤礦物料運輸效率和安全性，特別是隨著帶式輸送機(jī)不斷朝著大運量、高帶速、長距離方向發(fā)展，對輸送機(jī)的運行穩(wěn)定性提出了更高的要求。由于輸送機(jī)在運輸過程中物料內(nèi)經(jīng)常會混雜一些煤矸石等異物，導(dǎo)致劃傷輸送帶，而輸送帶被劃傷后在拉力的作用下極易產(chǎn)生大面積撕裂，輕者導(dǎo)致撒料等異常，嚴(yán)重的導(dǎo)致輸送帶斷帶等，給煤礦的物料運輸安全造成了嚴(yán)重的隱患。由于輸送帶的撕裂存在著較大的突發(fā)性和隱蔽性，目前各煤炭生產(chǎn)企業(yè)均通過人工巡查的模式對其運行情況進(jìn)行監(jiān)控，但人工巡檢效率低、檢出率低，無法滿足井下物料運輸?shù)陌踩孕枨蟆?/p>

對輸送帶撕裂的監(jiān)測方案目前有多種，主要是采用張力監(jiān)測、電磁傳感器監(jiān)測等，均存在著監(jiān)測效率低、誤報警率高、準(zhǔn)確性差等不足，難以批量應(yīng)用在輸送帶的運行監(jiān)測中。因此本文提出了一種新的帶式輸送機(jī)輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)，其以激光投射器在輸送帶下表面投射激光條紋，然后利用光學(xué)采集裝置在輸送帶上表面進(jìn)行激光條紋波紋度采集，同時通過對波紋度的判斷來對輸送帶撕裂的程度進(jìn)行監(jiān)控。根據(jù)實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠有效識別運行過程中輸送帶的撕裂情況，識別準(zhǔn)確率高達(dá)98.7%，對提升輸送機(jī)系統(tǒng)的運行可靠性具有十分重要的意義。

1 輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)

結(jié)合帶式輸送機(jī)的實際運行情況，為了滿足監(jiān)測準(zhǔn)確性和輸送機(jī)運行安全性的需求，本文所提出的輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)采用了非接觸式的布置結(jié)構(gòu)，其整體結(jié)構(gòu)包括激光發(fā)生器、數(shù)字處理終端、CMOS 攝像頭、計算機(jī)及手機(jī)監(jiān)測終端，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中首先由設(shè)置在輸送帶下表面的激光發(fā)生器發(fā)出激光條紋，將條紋均勻分布在輸送帶的下表面，然后CMOS 攝像頭接收到分布在輸送帶下表面的激光條紋并對收集到的每幀圖像進(jìn)行分析，獲取激光條紋的骨架，通過嵌入式處理終端來獲取激光條紋的變形量。當(dāng)系統(tǒng)計算出的條紋變形量大于系統(tǒng)設(shè)置的上限值后判斷輸送帶發(fā)生了撕裂，系統(tǒng)開始進(jìn)行撕裂位置標(biāo)定和智能報警，并將異常圖片上傳至控制中心，便于監(jiān)控人員及時進(jìn)行故障確認(rèn)。

為了提高系統(tǒng)的使用靈活性，在該控制系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置了手機(jī)監(jiān)測終端及計算機(jī)監(jiān)測終端，便于巡查人員能夠通過手機(jī)和計算機(jī)方便地進(jìn)行故障分析和確認(rèn)，提高系統(tǒng)運行的可靠性。

2 輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)子系統(tǒng)

2.1 圖像傳輸及存儲系統(tǒng)

該監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)需要對監(jiān)測信息及各類異常圖片進(jìn)行分類存放、傳遞，其圖文傳遞主要依靠VSFTPD軟件及SFTP 控制協(xié)議，該圖像傳遞控制軟件主要是根據(jù)圖片的命令實現(xiàn)快速定位和提取，計算機(jī)及手機(jī)客戶端通過執(zhí)行SFPT 控制協(xié)議將嵌入式處理終端編輯完成的監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖像經(jīng)過高速傳輸網(wǎng)絡(luò)傳遞到指定的文件存儲庫。然后計算機(jī)終端測試軟件也可以同樣按SFTP 協(xié)議執(zhí)行，將文件存儲庫傳輸?shù)皆品?wù)器內(nèi)，并生成鏈接，保證手機(jī)端的監(jiān)測軟件也能夠直接獲取云端的圖片及監(jiān)測信息，從而大幅提升了系統(tǒng)圖像傳輸和存儲的可靠性與使用便捷性。

為了保證數(shù)據(jù)在云系統(tǒng)內(nèi)存儲的安全性，系統(tǒng)的服務(wù)器采用了阿里云服務(wù)器[2]，其將數(shù)據(jù)處理、虛擬化及數(shù)據(jù)的存儲進(jìn)行有機(jī)整合，從而滿足數(shù)據(jù)的快速處理及存儲需求。終端和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸采用了SFTP 協(xié)議，其具有22 個擴(kuò)展端口，能夠滿足數(shù)據(jù)瞬時、大流量的傳輸需求，將傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測模式由“一人在一個固定地方通過固定設(shè)備傳輸”的模式變成了“一個人在多個地方通過多種設(shè)備進(jìn)行傳輸”，達(dá)到了隨時隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和傳輸?shù)哪康?。該圖像、文件傳輸邏輯如圖2 所示。

圖2 圖像、文件傳輸邏輯圖

2.2 嵌入式處理終端控制系統(tǒng)

嵌入式處理終端是該系統(tǒng)的控制核心，主要用于終端數(shù)據(jù)采集和圖像分析，然后利用通信網(wǎng)絡(luò)將標(biāo)定的輸送帶運行信息和輸送帶撕裂信息傳遞給計算機(jī)，同時系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，進(jìn)行警示。為了保證該處理終端在應(yīng)用過程中的可靠性，其處理器采用了Cortex-A7內(nèi)核，所使用的內(nèi)部處理器需滿足100 MB 以上的網(wǎng)絡(luò)匹配需求。

在進(jìn)行圖像分析的過程中，系統(tǒng)首先將電子信號轉(zhuǎn)換為圖像數(shù)據(jù)，然后利用輸送帶撕裂圖像處理及故障檢測算法對圖像進(jìn)行處理，對增強(qiáng)后的圖像采用鄰域差分檢測斷點及二階導(dǎo)數(shù)波動判別的方法來檢測輸送帶是否發(fā)生了斷裂。該控制邏輯整體結(jié)構(gòu)相對簡單、可靠性好、識別精度高，其數(shù)據(jù)處理流程如圖3 所示。

圖3 嵌入式終端數(shù)據(jù)處理流程

2.3 計算機(jī)監(jiān)測端及手機(jī)監(jiān)測端

計算機(jī)監(jiān)測端及手機(jī)監(jiān)測端是直接用于數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析的，其監(jiān)控終端設(shè)計合理性直接決定了監(jiān)測和分析的效果與可靠性。結(jié)合井下實際監(jiān)測需求，本文分別進(jìn)行了計算機(jī)監(jiān)測端及手機(jī)監(jiān)測端的信息界面設(shè)計，計算機(jī)監(jiān)測端信息界面如圖4-1 所示，手機(jī)監(jiān)測端界面信息設(shè)置如圖4-2 所示。

圖4 監(jiān)控終端界面示意圖

由圖4-1 可知，計算機(jī)監(jiān)控終端主要包括登陸界面、報警界面、主界面及數(shù)據(jù)分析界面，該監(jiān)控終端能夠通過FTP 協(xié)議直接獲取云儲存系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)和圖像信息，根據(jù)各個信息的情況判斷出不同時間點輸送帶的運行情況。同時當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到輸送帶發(fā)生斷帶時，能夠自動調(diào)整到報警界面進(jìn)行數(shù)據(jù)信息顯示和報警，便于工作人員及時掌握輸送帶的撕裂情況并處理。

由圖4-2 可知，手機(jī)監(jiān)控終端的主要作用是發(fā)現(xiàn)異常后及時進(jìn)行數(shù)據(jù)的拍照上傳，同時需要能夠快速地對存儲庫信息進(jìn)行調(diào)取和查閱，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有異常問題跟蹤關(guān)閉模塊，便于維修人員對輸送帶異常進(jìn)行維護(hù)后及時報完工進(jìn)行關(guān)閉，靈活性高、可靠性好。

3 應(yīng)用情況

對井下輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造，安裝該輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)，對該監(jiān)測系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。通過近6 個月的運行，該系統(tǒng)表現(xiàn)出了極高的穩(wěn)定性，能夠及時發(fā)現(xiàn)輸送帶的撕裂異常并進(jìn)行報警，根據(jù)實際監(jiān)測和模擬驗證情況，其識別準(zhǔn)確率高達(dá)98.7%，準(zhǔn)確性高、可靠性好，顯著地提升了井下輸送機(jī)系統(tǒng)的運行可靠性。該撕裂監(jiān)測情況如圖5 所示。

圖5 輸送帶撕裂監(jiān)測界面示意圖

4 結(jié)論

1）輸送帶撕裂監(jiān)測系統(tǒng)采用了非接觸式的布置結(jié)構(gòu)，其整體結(jié)構(gòu)包括激光發(fā)生器、數(shù)字處理終端、CMOS 攝像頭、計算機(jī)及手機(jī)監(jiān)測終端，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性好；

2）該監(jiān)測系統(tǒng)圖文傳遞主要依靠VSFTPD 軟件及SFTP 控制協(xié)議，能夠滿足數(shù)據(jù)瞬時、大流量的傳輸需求；

3）該系統(tǒng)能夠有效識別運行過程中輸送帶的撕裂情況，識別準(zhǔn)確率高達(dá)98.7%，顯著提升了輸送機(jī)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性。