基于智能機器視覺的皮帶輸送機撕裂監測系統的優化研究

張 星

（晉城煤業集團長平煤業有限責任公司， 山西 晉城 048006）

引言

在生產過程中，當一個部位發生問題就會導致整個生產線關聯停機，給生產造成重大損失。所以目前皮帶運輸機都加裝了許多保護裝置，它們在生產過程中發揮了一定作用。但是由于煤炭生產環境相對惡劣，機件容易銹蝕失靈，時常會出現漏報、誤報的現象，到目前還沒有一種可靠的技術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。各生產單位主要依靠人工巡檢來發現問題，但是由于人員經驗不足、疲勞作業、空當、遺漏等原因導致無法杜絕事故發生，因此，針對以上問題確定研究方向為應用智能機器視覺技術，對重點生產設備或區域進行全過程的實時監測管控，當出現險情時先對現場人員進行預警，將皮帶縱撕事故消滅在萌芽狀態。

1 項目背景

隨著長平洗煤廠生產能力的提升，對煤礦持續運輸能力的要求不斷提高。長平洗煤廠運輸系統采用皮帶輸送機，在運輸量大量提高的背景下，輸送帶頻繁出現撕裂。目前輸送帶撕裂監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維修大大地增加了煤炭生產事故的發生概率。因此，長平洗煤廠積極推進智慧礦山的規劃和建設，實現皮帶輸送機撕裂智能化監測操作，確保皮帶輸送機撕裂情況被及時發現并及時維修，保證煤炭運輸安全，提高煤炭持續運輸的能力和效率。

2 主要設備選型及設置

2.1 視頻監測報警裝置主機

采用智能視頻分析技術在運輸膠帶的視頻中設置檢測區域，通過智能檢測異物，可在工業智能視頻監控系統管理平臺設定停機規則；當在生產過程中有異物突然出現（如錨桿、鋼板、大塊煤矸石等）并停留超過設定時間，管理平臺發出語音報警提醒集控室或調度室值班人員，并顯示異物位置圖像，同時視頻監測報警裝置主機發出報警信號，通過聲光報警器發出聲光報警提醒巡查人員及時處理。

在膠帶輸送機落煤點或搭接點附近設置撕裂傳感器（響應時間≤2 ms，檢測顆粒直徑≤10 mm），當異物掉落刺穿膠帶輸送機發生膠帶輸送機撕裂時，實現實時報警停機。

當在生產過程中輸送機組下游膠帶輸送機突然停機而上游膠帶輸送機繼續生產或有大塊物料卡住倉口，下料倉口煤流超過設定高度、時間時，平臺發出語音報警提醒值班人員，同時發出報警停機信號，并發出現場聲光報警提醒巡檢人員及時處理。

當監測主機監測到視頻信號丟失、視頻模糊、PLC 故障、報警信號器故障、智能控制主機電源故障等，參與集控的設備按程序，自故障設備開始上游設備閉鎖停車、下游設備正常運行[1]。在集控室上位機顯示器報警、顯示故障原因。同時現場語音箱以語音的方式報警給現場巡檢人員，并同步上傳到地面服務器及客戶端電腦。

當出現各類故障時，地面客戶端同時語音報警，顯示報警故障位置、狀態等。可根據實際使用環境進行靈敏度參數調整，降低誤報率。

為了保證視頻監測報警的可靠性和效率，長平洗煤廠選用型號為ZBS127-Z 的主機。經過測試后，能夠滿足現有皮帶輸送機撕裂監測中的報警工作要求。

2.2 礦用隔爆型攝像儀

設置視頻監測報警裝置主機并不能完全滿足帶式輸送機撕裂監測工作要求。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監測清晰度，確保帶式輸送機出現撕裂情況時能夠及時提示視頻監測報警裝置主機發出報警。

礦用隔爆型攝像儀通過增加濾光介質和圖像增強芯片，保證所攝視頻的穩定性、安全性和清晰度。采用光敏控制方案實現智能紅外控制。攝像儀自帶健康監測系統，當圖像質量不達標時，自動報警到后端管理軟件。

根據長平洗煤廠帶式輸送機撕裂情況及運輸要求，選用型號為KBA127 的礦用隔爆型攝像儀，數量為5 臺。目的是確保帶式輸送機能夠全方位地被監控，當出現異常能夠及時發出報警提示[2]。

2.3 撕裂傳感器

撕裂傳感器具有全程自檢、抗震性強等功能。撕裂傳感器在檢測過程中能夠采用防抖動算法，防止水滴等雜物輸出誤動作信號，實現縱撕保護；控制系統有自檢故障報警功能，當光幕故障時閉鎖膠帶輸送機。傳感器可根據實際使用環境進行靈敏度參數調整，保持不同環境下高精度檢測。長平洗煤廠通過安裝5 臺型號為GVD24 的撕裂傳感器，實現不同環境下的高精度檢測工作。

2.4 軟件操作系統

長平洗煤廠購買1 套皮帶運輸機撕裂及物料堆積檢測系統V1.0，實現對視頻檢測報警裝置主機、礦用隔爆攝像儀和撕裂傳感器的參數設置及系統控制，確保皮帶輸送機撕裂監測系統能夠正常運行，及時地發出皮帶撕裂警示及情況。該系統包括首頁登錄頁面、智能管理，歷史查詢、系統運行圖、系統統計、任務管理、系統管理等軟件功能模塊[3]。系統可提供視頻監控畫面，在發現異物狀態下，系統可自動報警并在報警狀態下將監控畫面中報警物體自動標定，提醒工作人員現場排查清理異物。

3 設備安裝及效果

皮帶輸送機防撕裂實時監控系統采用機器視覺技術，在煤倉口等監測點上方安裝礦用智能攝像儀，實時監測煤流的情況，并通過軟件平臺設定報警和停機規則，以實現（煤倉內）監測區域的安全防控。

異物檢測：在落料倉口等監測點上方安裝礦用智能攝像儀，在生產過程中有異物突然出現并停留超過設定時間時，平臺發出語音報警提醒值班人員及時處理。

撕裂檢測：在皮帶落煤點附近設置撕裂傳感器，當異物掉落刺穿皮帶發生皮帶撕裂時，實現實時報警停機，避免損失擴大。撕裂傳感器具有靈敏度高、響應速度快的特性（響應時間≤2 ms，檢測顆粒直徑≤10 mm）[4]。當帶式輸送機皮帶發生縱向撕裂時，皮帶上的物料就會通過撕裂處向下泄漏，觸發撕裂傳感器，可實現實時報警停機。該系統的設置可有效減少工作人員巡視的工作量和減小整條皮帶嚴重撕裂所造成的損失。

物料堆積檢測：通過智能分析設備中平臺軟件劃出的監測區域，設定報警和停機規則，當在生產過程中輸送機組下方皮帶突然停機而上方皮帶繼續生產或有大塊物料卡住倉口，下料倉口煤流超過設定高度、時間時，平臺發出語音報警提醒值班人員，同時產出報警停機信號，并發出現場聲光報警提醒巡檢人員及時處理。

4 效益分析

4.1 設備效益分析

該系統可實時監測設備狀態及報警信息，及時發現故障隱患，避免了設備故障的擴大化和減少停機事故，加強了對生產環節的精準調度和管理，提高了生產效率，保障了系統設備的完好，減少了膠帶磨損、接頭老化，延長了設備的使用壽命，提高了設備運行的可靠性。

4.2 安全效益分析

該系統為安全生產管理提供一個快速、安全、可靠的管理平臺，實現了主煤流運輸系統本質安全、高效節能的目標，提高了礦井的安全生產管理調度水平，減少了人為誤操作帶來的安全傷害，降低了安全風險，變長時堅守為定時巡檢，減少了長期在噪音、粉塵等環境下工作對人員造成的職業健康傷害，提高了危險源辨識的時效性。