基于图像处理技术的皮带输送机跑偏监测系统研究

王 鑫

（汾西矿业中兴煤业公司， 山西 交城 030500）

引言

皮带输送机现场使用环节恶劣，受巷道底板底鼓、安装质量或者皮带粘附异物等多种因素影响，皮带输送机在实际使用过程中会出现松弛、跑偏甚至纵向撕裂等故障，不仅会影响物料正常运输而且存在一定安全隐患，其中跑偏是皮带输送机常见故障[1-6]。为此文中就针对矿井皮带输送机使用需求，提出基于图像处理技术对输送机跑偏进行监测，以期更好地促进矿井生产。

1 矿井现有皮带输送机跑偏监测技术分析

现阶段矿井皮带输送机跑偏监测往往采用近距离监测传感器实现。在托辊上安装接近开关，当皮带出现跑偏时接近开关即会发出异常信号，检修人员即可对接近开关信号发出位置对设备进行检修。采用接近开关对皮带跑偏故障进行监测时，该监测方法具有较高的监测精度，但是需要在皮带输送机沿线间隔一段距离布置接近开关，监测系统安装工程量大且后期维护成本高；同时当接近开关长时间不检修或者未定期校准时，还容易与皮带出现摩擦，会给皮带输送机后续使用带来影响[7]。

因此，针对现阶段矿井皮带输送机跑偏监测存在问题，急需采用一种新型的、可靠性较强的跑偏监测系统，不仅能实现皮带跑偏监测，而且可监测皮带输送机运行、故障预警。随着计算机技术、视觉分析技术以及监测技术等不断发展，可为视觉图像处理技术在皮带输送机跑偏监测中应用提供良好条件。

2 图像处理技术在皮带输送机跑偏监测中的应用

文中就结合以往研究成果，提出采用移动式线缆机器人实时获取皮带输送机运行参数并通过图形处理技术对皮带输送机状态进行分析，对可能出现的跑偏故障监测、预警。采用的基于图像处理技术的皮带输送机跑偏监测技术方法具有效率高、成本低、后期维护简单等优点，可在一定程度上提升矿井皮带输送机工作效率。

2.1 跑偏监测系统结构组成

将图像处理技术应用到皮带输送机跑偏监测中，首先需要实时获取皮带运行状态。为此，文中提出采用跑偏监测系统，该系统结构由网络监控相机、移动式线缆机器人、图像处理主机等构成。采用的移动式线缆机器人结构如图1 所示，功能模块包括有运动机构模块、电池模块、控制系统等。运动模块是实现移动式线缆机器人位置改变的基础，包括有电动机、滑轮，从而使得移动式线缆机器人在皮带输送机沿线铺设的钢丝绳上移动；控制系统对移动式线缆机器人运动参数进行控制；电池模块为移动式线缆机器人移动以及皮带图像获取提供电源。具体跑偏监测系统参数见表1。

图1 移动式线缆机器人结构示意图

表1 跑偏监测系统结构参数

2.2 跑偏监测实现路径

跑偏监测技术实现路径如图2 所示，在皮带输送机沿线铺设钢丝绳并安装移动式线缆机器人组建跑偏监测系统；设定跑偏监测阈值并将监测获取图像传输给处理主机，处理主机对图像文件分析，判断是否发出皮带跑偏预警。

图2 皮带输送机跑偏监测实现路径

获取相机与皮带间距离是跑偏监测基础，采用网络监控相机位置用以获取皮带输送机图像中像素距离、实际距离，并通过对比跑偏距离实现跑偏监测。皮带图像采集以及图像传输均通过移动式线缆机器人实现，后图像处理主机对获取到的图像进行处理分析。皮带输送机图像处理是实现跑偏故障监测的关键技术，图像处理包括有图像滤波、轮廓提取。

2.3 皮带跑偏分析

分析皮带特征轮廓信息、筛选托辊最高点线段，最后提取得到皮带边缘以及托辊最高点特征；计算得到皮带边缘与托辊最高点像素距离并经转换得到皮带边缘与托辊实际距离；当托辊与皮带边缘距离在预先设定值以内时，则表明皮带处于正常运行状态；托辊与皮带边缘距离超过预先设定值时，则表明皮带出现跑偏，系统会发出预警信息。具体皮带跑偏分析过程如图3 所示。

图3 皮带跑偏过程

3 工程应用实例分析

将文中所输送机跑偏监测系统应用到山西某矿2150 运输巷主运输皮带监测中，该皮带输送机长度共计3 km，将采区煤炭转运至主斜井。2150 运输巷内布置的皮带输送机在使用过程中受到皮带上物料分布不均衡、皮带输送机异常振动以及托辊、滚筒等粘附异物等影响，皮带常出现跑偏故障，会使得运输的煤炭沿线洒落，严重时甚至出现皮带撕裂问题。将文中所述皮带输送机跑偏监测系统应用到该皮带运行监测中，现场应用后跑偏监测系统可实现皮带的持续监测、分析，当皮带出现跑偏后及时发出预警，从而降低皮带输送机跑偏故障影响。将跑偏监测系统现场应用后，每年多实现煤炭运输10 万t 以上，同时减少皮带磨损。具体监测获取到的皮带输送机现场图像如图4 所示。

图4 皮带输送机现场获取画面

4 结语

矿井皮带输送机跑偏会制约煤岩运输效率，而传统的跑偏监测技术存在精度低、维护工程量大等问题。为实现皮带跑偏故障预警，提出将图像处理技术应用到皮带跑偏监测中，通过移动式线缆机器人获取皮带情况，并由处理主机对图像进行识别、处理，从而实现皮带跑偏故障监测。现场应用后，该皮带输送机跑偏监测系统运行平稳，可实现皮带状态监测以及跑偏故障预警。