基于智能机器视觉的皮带输送机撕裂监测系统的优化研究

张 星

（晋城煤业集团长平煤业有限责任公司， 山西 晋城 048006）

引言

在生产过程中，当一个部位发生问题就会导致整个生产线关联停机，给生产造成重大损失。所以目前皮带运输机都加装了许多保护装置，它们在生产过程中发挥了一定作用。但是由于煤炭生产环境相对恶劣，机件容易锈蚀失灵，时常会出现漏报、误报的现象，到目前还没有一种可靠的技术能够完全解决皮带纵撕、下料仓口堆煤、下行皮带过速等常见事故。各生产单位主要依靠人工巡检来发现问题，但是由于人员经验不足、疲劳作业、空当、遗漏等原因导致无法杜绝事故发生，因此，针对以上问题确定研究方向为应用智能机器视觉技术，对重点生产设备或区域进行全过程的实时监测管控，当出现险情时先对现场人员进行预警，将皮带纵撕事故消灭在萌芽状态。

1 项目背景

随着长平洗煤厂生产能力的提升，对煤矿持续运输能力的要求不断提高。长平洗煤厂运输系统采用皮带输送机，在运输量大量提高的背景下，输送带频繁出现撕裂。目前输送带撕裂监测工作主要依靠人工巡视，这无法有效地解决输送带撕裂所带来的损失。输送带撕裂不能够及时维修大大地增加了煤炭生产事故的发生概率。因此，长平洗煤厂积极推进智慧矿山的规划和建设，实现皮带输送机撕裂智能化监测操作，确保皮带输送机撕裂情况被及时发现并及时维修，保证煤炭运输安全，提高煤炭持续运输的能力和效率。

2 主要设备选型及设置

2.1 视频监测报警装置主机

采用智能视频分析技术在运输胶带的视频中设置检测区域，通过智能检测异物，可在工业智能视频监控系统管理平台设定停机规则；当在生产过程中有异物突然出现（如锚杆、钢板、大块煤矸石等）并停留超过设定时间，管理平台发出语音报警提醒集控室或调度室值班人员，并显示异物位置图像，同时视频监测报警装置主机发出报警信号，通过声光报警器发出声光报警提醒巡查人员及时处理。

在胶带输送机落煤点或搭接点附近设置撕裂传感器（响应时间≤2 ms，检测颗粒直径≤10 mm），当异物掉落刺穿胶带输送机发生胶带输送机撕裂时，实现实时报警停机。

当在生产过程中输送机组下游胶带输送机突然停机而上游胶带输送机继续生产或有大块物料卡住仓口，下料仓口煤流超过设定高度、时间时，平台发出语音报警提醒值班人员，同时发出报警停机信号，并发出现场声光报警提醒巡检人员及时处理。

当监测主机监测到视频信号丢失、视频模糊、PLC 故障、报警信号器故障、智能控制主机电源故障等，参与集控的设备按程序，自故障设备开始上游设备闭锁停车、下游设备正常运行[1]。在集控室上位机显示器报警、显示故障原因。同时现场语音箱以语音的方式报警给现场巡检人员，并同步上传到地面服务器及客户端电脑。

当出现各类故障时，地面客户端同时语音报警，显示报警故障位置、状态等。可根据实际使用环境进行灵敏度参数调整，降低误报率。

为了保证视频监测报警的可靠性和效率，长平洗煤厂选用型号为ZBS127-Z 的主机。经过测试后，能够满足现有皮带输送机撕裂监测中的报警工作要求。

2.2 矿用隔爆型摄像仪

设置视频监测报警装置主机并不能完全满足带式输送机撕裂监测工作要求。长平洗煤厂通过增加矿用隔爆型摄像仪来提高带式输送机监测清晰度，确保带式输送机出现撕裂情况时能够及时提示视频监测报警装置主机发出报警。

矿用隔爆型摄像仪通过增加滤光介质和图像增强芯片，保证所摄视频的稳定性、安全性和清晰度。采用光敏控制方案实现智能红外控制。摄像仪自带健康监测系统，当图像质量不达标时，自动报警到后端管理软件。

根据长平洗煤厂带式输送机撕裂情况及运输要求，选用型号为KBA127 的矿用隔爆型摄像仪，数量为5 台。目的是确保带式输送机能够全方位地被监控，当出现异常能够及时发出报警提示[2]。

2.3 撕裂传感器

撕裂传感器具有全程自检、抗震性强等功能。撕裂传感器在检测过程中能够采用防抖动算法，防止水滴等杂物输出误动作信号，实现纵撕保护；控制系统有自检故障报警功能，当光幕故障时闭锁胶带输送机。传感器可根据实际使用环境进行灵敏度参数调整，保持不同环境下高精度检测。长平洗煤厂通过安装5 台型号为GVD24 的撕裂传感器，实现不同环境下的高精度检测工作。

2.4 软件操作系统

长平洗煤厂购买1 套皮带运输机撕裂及物料堆积检测系统V1.0，实现对视频检测报警装置主机、矿用隔爆摄像仪和撕裂传感器的参数设置及系统控制，确保皮带输送机撕裂监测系统能够正常运行，及时地发出皮带撕裂警示及情况。该系统包括首页登录页面、智能管理，历史查询、系统运行图、系统统计、任务管理、系统管理等软件功能模块[3]。系统可提供视频监控画面，在发现异物状态下，系统可自动报警并在报警状态下将监控画面中报警物体自动标定，提醒工作人员现场排查清理异物。

3 设备安装及效果

皮带输送机防撕裂实时监控系统采用机器视觉技术，在煤仓口等监测点上方安装矿用智能摄像仪，实时监测煤流的情况，并通过软件平台设定报警和停机规则，以实现（煤仓内）监测区域的安全防控。

异物检测：在落料仓口等监测点上方安装矿用智能摄像仪，在生产过程中有异物突然出现并停留超过设定时间时，平台发出语音报警提醒值班人员及时处理。

撕裂检测：在皮带落煤点附近设置撕裂传感器，当异物掉落刺穿皮带发生皮带撕裂时，实现实时报警停机，避免损失扩大。撕裂传感器具有灵敏度高、响应速度快的特性（响应时间≤2 ms，检测颗粒直径≤10 mm）[4]。当带式输送机皮带发生纵向撕裂时，皮带上的物料就会通过撕裂处向下泄漏，触发撕裂传感器，可实现实时报警停机。该系统的设置可有效减少工作人员巡视的工作量和减小整条皮带严重撕裂所造成的损失。

物料堆积检测：通过智能分析设备中平台软件划出的监测区域，设定报警和停机规则，当在生产过程中输送机组下方皮带突然停机而上方皮带继续生产或有大块物料卡住仓口，下料仓口煤流超过设定高度、时间时，平台发出语音报警提醒值班人员，同时产出报警停机信号，并发出现场声光报警提醒巡检人员及时处理。

4 效益分析

4.1 设备效益分析

该系统可实时监测设备状态及报警信息，及时发现故障隐患，避免了设备故障的扩大化和减少停机事故，加强了对生产环节的精准调度和管理，提高了生产效率，保障了系统设备的完好，减少了胶带磨损、接头老化，延长了设备的使用寿命，提高了设备运行的可靠性。

4.2 安全效益分析

该系统为安全生产管理提供一个快速、安全、可靠的管理平台，实现了主煤流运输系统本质安全、高效节能的目标，提高了矿井的安全生产管理调度水平，减少了人为误操作带来的安全伤害，降低了安全风险，变长时坚守为定时巡检，减少了长期在噪音、粉尘等环境下工作对人员造成的职业健康伤害，提高了危险源辨识的时效性。