輸送帶撕裂監測系統的應用研究

劉海云

（晉中職業技術學院， 山西 晉中 030600）

引言

帶式輸送機是煤礦物料運輸的核心，其工作的穩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不斷朝著大運量、高帶速、長距離方向發展，對輸送機的運行穩定性提出了更高的要求。由于輸送機在運輸過程中物料內經常會混雜一些煤矸石等異物，導致劃傷輸送帶，而輸送帶被劃傷后在拉力的作用下極易產生大面積撕裂，輕者導致撒料等異常，嚴重的導致輸送帶斷帶等，給煤礦的物料運輸安全造成了嚴重的隱患。由于輸送帶的撕裂存在著較大的突發性和隱蔽性，目前各煤炭生產企業均通過人工巡查的模式對其運行情況進行監控，但人工巡檢效率低、檢出率低，無法滿足井下物料運輸的安全性需求。

對輸送帶撕裂的監測方案目前有多種，主要是采用張力監測、電磁傳感器監測等，均存在著監測效率低、誤報警率高、準確性差等不足，難以批量應用在輸送帶的運行監測中。因此本文提出了一種新的帶式輸送機輸送帶撕裂監測系統，其以激光投射器在輸送帶下表面投射激光條紋，然后利用光學采集裝置在輸送帶上表面進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行監控。根據實際應用表明，該系統能夠有效識別運行過程中輸送帶的撕裂情況，識別準確率高達98.7%，對提升輸送機系統的運行可靠性具有十分重要的意義。

1 輸送帶撕裂監測系統

結合帶式輸送機的實際運行情況，為了滿足監測準確性和輸送機運行安全性的需求，本文所提出的輸送帶撕裂監測系統采用了非接觸式的布置結構，其整體結構包括激光發生器、數字處理終端、CMOS 攝像頭、計算機及手機監測終端，該系統結構如圖1 所示[1]。

圖1 輸送帶撕裂監測系統結構示意圖

由圖1 可知，該系統在應用過程中首先由設置在輸送帶下表面的激光發生器發出激光條紋，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。當系統計算出的條紋變形量大于系統設置的上限值后判斷輸送帶發生了撕裂，系統開始進行撕裂位置標定和智能報警，并將異常圖片上傳至控制中心，便于監控人員及時進行故障確認。

為了提高系統的使用靈活性，在該控制系統內還設置了手機監測終端及計算機監測終端，便于巡查人員能夠通過手機和計算機方便地進行故障分析和確認，提高系統運行的可靠性。

2 輸送帶撕裂監測系統子系統

2.1 圖像傳輸及存儲系統

該監測系統內需要對監測信息及各類異常圖片進行分類存放、傳遞，其圖文傳遞主要依靠VSFTPD軟件及SFTP 控制協議，該圖像傳遞控制軟件主要是根據圖片的命令實現快速定位和提取，計算機及手機客戶端通過執行SFPT 控制協議將嵌入式處理終端編輯完成的監測數據、圖像經過高速傳輸網絡傳遞到指定的文件存儲庫。然后計算機終端測試軟件也可以同樣按SFTP 協議執行，將文件存儲庫傳輸到云服務器內，并生成鏈接，保證手機端的監測軟件也能夠直接獲取云端的圖片及監測信息，從而大幅提升了系統圖像傳輸和存儲的可靠性與使用便捷性。

為了保證數據在云系統內存儲的安全性，系統的服務器采用了阿里云服務器[2]，其將數據處理、虛擬化及數據的存儲進行有機整合，從而滿足數據的快速處理及存儲需求。終端和服務器之間的數據傳輸采用了SFTP 協議，其具有22 個擴展端口，能夠滿足數據瞬時、大流量的傳輸需求，將傳統的數據監測模式由“一人在一個固定地方通過固定設備傳輸”的模式變成了“一個人在多個地方通過多種設備進行傳輸”，達到了隨時隨地進行數據監測和傳輸的目的。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

嵌入式處理終端是該系統的控制核心，主要用于終端數據采集和圖像分析，然后利用通信網絡將標定的輸送帶運行信息和輸送帶撕裂信息傳遞給計算機，同時系統發出聲光報警，進行警示。為了保證該處理終端在應用過程中的可靠性，其處理器采用了Cortex-A7內核，所使用的內部處理器需滿足100 MB 以上的網絡匹配需求。

在進行圖像分析的過程中，系統首先將電子信號轉換為圖像數據，然后利用輸送帶撕裂圖像處理及故障檢測算法對圖像進行處理，對增強后的圖像采用鄰域差分檢測斷點及二階導數波動判別的方法來檢測輸送帶是否發生了斷裂。該控制邏輯整體結構相對簡單、可靠性好、識別精度高，其數據處理流程如圖3 所示。

圖3 嵌入式終端數據處理流程

2.3 計算機監測端及手機監測端

計算機監測端及手機監測端是直接用于數據監測和分析的，其監控終端設計合理性直接決定了監測和分析的效果與可靠性。結合井下實際監測需求，本文分別進行了計算機監測端及手機監測端的信息界面設計，計算機監測端信息界面如圖4-1 所示，手機監測端界面信息設置如圖4-2 所示。

圖4 監控終端界面示意圖

由圖4-1 可知，計算機監控終端主要包括登陸界面、報警界面、主界面及數據分析界面，該監控終端能夠通過FTP 協議直接獲取云儲存系統內的數據和圖像信息，根據各個信息的情況判斷出不同時間點輸送帶的運行情況。同時當系統監測到輸送帶發生斷帶時，能夠自動調整到報警界面進行數據信息顯示和報警，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，手機監控終端的主要作用是發現異常后及時進行數據的拍照上傳，同時需要能夠快速地對存儲庫信息進行調取和查閱，系統內還設置有異常問題跟蹤關閉模塊，便于維修人員對輸送帶異常進行維護后及時報完工進行關閉，靈活性高、可靠性好。

3 應用情況

對井下輸送機系統進行改造，安裝該輸送帶撕裂監測系統，對該監測系統的實際運行狀態進行監控。通過近6 個月的運行，該系統表現出了極高的穩定性，能夠及時發現輸送帶的撕裂異常并進行報警，根據實際監測和模擬驗證情況，其識別準確率高達98.7%，準確性高、可靠性好，顯著地提升了井下輸送機系統的運行可靠性。該撕裂監測情況如圖5 所示。

圖5 輸送帶撕裂監測界面示意圖

4 結論

1）輸送帶撕裂監測系統采用了非接觸式的布置結構，其整體結構包括激光發生器、數字處理終端、CMOS 攝像頭、計算機及手機監測終端，結構緊湊，可靠性好；

2）該監測系統圖文傳遞主要依靠VSFTPD 軟件及SFTP 控制協議，能夠滿足數據瞬時、大流量的傳輸需求；

3）該系統能夠有效識別運行過程中輸送帶的撕裂情況，識別準確率高達98.7%，顯著提升了輸送機系統的運行穩定性和可靠性。