鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)研究
作者： admin 編輯： admin 來源：admin 發(fā)布日期：2022-08-08 14:01
信息摘要：
平煤股份二礦 河南平頂山 467000 摘要：X光在線檢測的技術(shù)，其直觀性成為膠帶檢測行業(yè)中最有效的檢測方式，從國內(nèi)外產(chǎn)品情況來看，20%的X光在線檢測無法滿足高速采集，100%的X光在線
平煤股份二礦 河南平頂山 467000
摘要：X光在線檢測的技術(shù)，其直觀性成為膠帶檢測行業(yè)中最有效的檢測方式，從國內(nèi)外產(chǎn)品情況來看，20%的X光在線檢測無法滿足高速采集，100%的X光在線檢測無法滿足自動識別、分析。X光膠帶檢測裝置將實(shí)現(xiàn)對鋼繩芯輸送帶出現(xiàn)內(nèi)部鋼繩斷裂、銹蝕，接頭抽動等影響鋼繩芯輸送帶運(yùn)輸安全因素，及時進(jìn)行拍攝、識別，并對各缺陷處鋼繩芯輸送帶進(jìn)行強(qiáng)度分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行及時修補(bǔ)或更換，杜絕事故發(fā)生，在煤礦安全生產(chǎn)中具有重要意義。
關(guān)鍵詞：鋼絲繩芯輸送帶；自動；X光在線檢測
1、X光檢測技術(shù)工作原理
《井下鋼繩芯輸送帶檢測裝置》是由X射線發(fā)射箱、X射線接收箱、主機(jī)和外形支架等組成，是在鋼繩芯鋼繩芯輸送帶高速運(yùn)動狀態(tài)下將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像清晰拍攝的一種創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品，解決了鋼繩芯輸送帶需要停機(jī)或降速后進(jìn)行檢查，圖像識別技術(shù)的引入，解決了人員查看長距離鋼繩芯輸送帶需要常時間的問題。實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的高度創(chuàng)新，尤其實(shí)現(xiàn)了在圖像自動識別技術(shù)方面的引入，結(jié)束了該領(lǐng)域中圖像識別技術(shù)的空白。
通過上位機(jī)控制打開各開關(guān)，使在線監(jiān)測裝置工作。射線源在高壓下產(chǎn)生射線束，穿透鋼繩芯輸送帶，采集電路采集穿透鋼繩芯輸送帶后的射線束，并根據(jù)能量的強(qiáng)弱產(chǎn)生圖像信號，并以規(guī)定的格式、接口傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)通過數(shù)據(jù)處理軟件將數(shù)據(jù)實(shí)時顯示，并存儲數(shù)據(jù)。通過軟件識別算法自動找出鋼繩芯輸送帶中的缺陷。
2、主要創(chuàng)新點(diǎn)
X射線鋼繩芯輸送帶檢測系統(tǒng)圍繞煤礦鋼繩芯輸送帶的運(yùn)輸安全進(jìn)行設(shè)計，解決了鋼繩芯輸送帶運(yùn)輸?shù)陌踩珯z測時效性差、準(zhǔn)確度低等問題，使鋼繩芯輸送帶運(yùn)輸安全得到了有效的保障。設(shè)備在以下方面做了創(chuàng)新。
（1）遠(yuǎn)程操作：設(shè)備操作人員可在離設(shè)備安裝位置120Km處，進(jìn)行開關(guān)電源、開關(guān)射線、采集圖像和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視等操作，無需人員到現(xiàn)場就能完成所有設(shè)備操作和狀態(tài)監(jiān)測的工作。
（2）實(shí)時顯示：鋼繩芯輸送帶運(yùn)行運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時顯示在電腦屏幕，像放電影一樣讓用戶觀看。
（3）全息存儲：采集的鋼繩芯輸送帶數(shù)據(jù)通過多線程和特殊的磁盤操作方式，完整的存儲到硬盤，保證在處理和回看時，能得到與實(shí)際鋼繩芯輸送帶基本沒有差別的鋼繩芯輸送帶圖像。
（4）自動識別：利用頻域和值域兩種算法對鋼繩芯輸送帶數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分析，無需人員輔助，完成對整條鋼繩芯輸送帶數(shù)據(jù)中的斷裂、異常和接頭抽動的情況的識別，并將各種缺陷分類羅列，方便用戶針對性維修。
（5）錄像回放：重現(xiàn)整條鋼繩芯輸送帶運(yùn)行全過程，且可以對鋼繩芯輸送帶運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整，以便用戶進(jìn)行詳細(xì)的查看，雙擊任何一個缺陷能自動跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的缺陷圖像位置，減少用戶翻閱時間。
（6）缺陷定位：利用像素數(shù)據(jù)，精確對識別到的每個缺陷所在位置進(jìn)行定位，并將位置信息顯示在觀察窗口和報告中。
（7）高倍放大：利用放大鏡原理，實(shí)現(xiàn)對各類缺陷進(jìn)行細(xì)微觀察，包括劈絲、銹蝕等。
（8）精確測距：通過簡單操作，可對鋼繩芯輸送帶內(nèi)任意兩點(diǎn)進(jìn)行距離測量，精確單位達(dá)到1mm。
（9）強(qiáng)度計算：根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合 GB/T 9770-2001中的規(guī)定，對鋼繩芯輸送帶進(jìn)行強(qiáng)度分析計算。
（10）自動報警：按照鋼繩芯輸送帶實(shí)際運(yùn)行時的張力、GB/T 9770-2001、考慮安全系數(shù)后，軟件自動設(shè)置報警界限，當(dāng)鋼繩芯輸送帶強(qiáng)度低于報警界限后，自動實(shí)現(xiàn)聲光報警。
（11）圖文報告：檢測完成后，只需點(diǎn)擊“報告按鈕”，軟件會自動將本次測試過程中識別到的缺陷圖片、缺陷位置、缺陷大小等信息自動排序，并自動生成圖文報告。
（12）無人值守：通過操作主界面中的“無人值守”按鈕可實(shí)現(xiàn)整個檢測過自動完成，無需人員看守。
3、主要構(gòu)成
井下鋼繩芯輸送帶檢測裝置》是由X射線發(fā)射箱、X射線接收箱、主機(jī)和外形支架等組成，是在鋼繩芯鋼繩芯輸送帶高速運(yùn)動狀態(tài)下將其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像清晰拍攝的一種創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品，解決了鋼繩芯輸送帶需要停機(jī)或降速后進(jìn)行檢查，圖像識別技術(shù)的引入，解決了人員查看長距離鋼繩芯輸送帶需要常時間的問題。實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的高度創(chuàng)新，尤其實(shí)現(xiàn)了在圖像自動識別技術(shù)方面的引入，結(jié)束了該領(lǐng)域中圖像識別技術(shù)的空白。
通過上位機(jī)控制打開各開關(guān)，使產(chǎn)品工作。射線源在高壓下產(chǎn)生射線束，穿透鋼繩芯輸送帶，采集電路采集穿透鋼繩芯輸送帶后的射線束，并根據(jù)能量的強(qiáng)弱產(chǎn)生圖像信號，并以規(guī)定的格式、接口傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)通過數(shù)據(jù)處理軟件將數(shù)據(jù)實(shí)時顯示，并存儲數(shù)據(jù)。通過軟件識別算法自動找出鋼繩芯輸送帶中的缺陷，裝置原理圖如下：
4、分析軟件及檢測報告
4.1分析軟件
鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)鋼絲繩芯輸送帶在線、連續(xù)、實(shí)時監(jiān)測的后臺管理而專門開發(fā)的應(yīng)用性程序軟件。該軟件系統(tǒng)基于更可靠的TCP（即傳輸控制協(xié)議）和更便捷的UDP（即用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）雙重優(yōu)化傳輸機(jī)制，采用了API（即應(yīng)用程序編程接口）底層深入和B/S（即瀏覽器和服務(wù)器）操作運(yùn)行模式、多線程同步技術(shù)、FIFO（先進(jìn)先出）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、以及大面積掩圖動畫，能夠根據(jù)海量檢測數(shù)據(jù)全程動態(tài)跟隨鋼絲繩芯的安全狀態(tài)，為用戶提供損傷曲線顯示分析、接頭位移精細(xì)測算、局部缺陷精確定位、實(shí)時超限預(yù)警提示、全息透視圖像重構(gòu)和生成打印檢測報告等強(qiáng)大服務(wù)功能。
4.2檢測報告
（1）全息透視圖像重構(gòu)
對于鋼絲繩芯輸送帶這種復(fù)雜構(gòu)件，只顯示損傷曲線仍不能直觀反映各局部缺陷對于輸送帶安全性能的整體影響。由于檢測技術(shù)的進(jìn)步，鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁└油暾椭庇^的輸送帶內(nèi)部圖像重構(gòu)功能。
鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)為用戶所提供的輸送帶圖像，是根據(jù)輸送帶的現(xiàn)場實(shí)際形態(tài)，通過復(fù)原實(shí)時檢測數(shù)據(jù)而動態(tài)生成的全息透視圖像，鋼絲繩芯輸送帶的內(nèi)部缺陷可以重色標(biāo)出來，反映鋼絲繩芯的損傷情況程度，實(shí)時提醒危險信息。
（2）接頭抽動、位移的定性、定量檢測
鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，采用獨(dú)創(chuàng)的信號處理模式和特征識別算法，自動對接頭編號，也可以根據(jù)用戶需要自行標(biāo)識接頭編號，以便于對照歷史檢修記錄。
鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，自動分析制定時段的同一個接頭的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過比較不同時段的平均位移量而準(zhǔn)確地確定永久位移量的嚴(yán)重程度。
（3）斷股、銹蝕、疲勞的定量定位檢測
鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)的所有缺陷實(shí)現(xiàn)二維坐標(biāo)進(jìn)行精確定位。帶長方向上以鄰近接頭為定位基準(zhǔn)，分辨率1mm，指示缺陷的起始坐標(biāo)位和結(jié)束坐標(biāo)位，位置誤差≤2‰；帶寬方向上按各路傳感器位置（100mm/分區(qū)），確定缺陷所處的橫向區(qū)位。
（4）超限實(shí)時預(yù)警提示
鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時報警功能，從報警反映形式上分為聲光報警和短信報警，從報警發(fā)送設(shè)置上分為隨時報警和預(yù)約報警。
聲光報警，主要面向現(xiàn)場巡查和主控室，用戶可根據(jù)報警隨時調(diào)看具體報警原因；
隨時報警，系統(tǒng)可根據(jù)對各種故障的預(yù)先設(shè)定，一旦檢測到超限故障（可分中度或嚴(yán)重）就立即發(fā)出報警；
（5）損傷曲線顯示分析
由于采用了大容量內(nèi)存和數(shù)據(jù)動態(tài)處理技術(shù)，鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)能為用戶提供全息波形曲線。
（6）歷史記錄查看與打印、歷史波形回放
歷史記錄查看與打印、歷史波形回放功能，為設(shè)備管理者隨時了解內(nèi)部缺陷的歷史演變過程、開展輸送帶安全性能的時態(tài)趨勢分析提供了便利條件。
（7）生成、打印檢測報告
檢測結(jié)果除了曲線和圖像顯示外，鋼絲繩芯輸送帶在線自動監(jiān)測系統(tǒng)還為用戶提供了更為簡潔的檢測報告，包含對海量系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理后提出的重要檢測結(jié)論，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表格，以及各項(xiàng)輸入信息，內(nèi)容詳實(shí)，簡明直觀，十分易于管理者對比和分析。
（8）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接管
系統(tǒng)可接入局域網(wǎng)／公共網(wǎng)絡(luò)平臺，并嵌入遠(yuǎn)程服務(wù)接管功能。輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試、軟件升級、故障診斷等售后服務(wù)功能。只需用戶需要，就可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)遠(yuǎn)程接管，提供在線調(diào)試、維護(hù)等服務(wù)。
4.3檢測數(shù)據(jù)
截止目前為止，產(chǎn)品已對平煤股份二礦鋼絲繩芯運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行檢測120余次，已安裝使用現(xiàn)場2處。
檢測鋼繩芯各類缺陷10多種類，積累鋼繩芯輸送帶透視圖像數(shù)據(jù)800G左右。為進(jìn)一步對鋼繩芯輸送帶檢測技術(shù)的研究奠定了基礎(chǔ)。
檢測數(shù)據(jù)案例：
5、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益
5.1、經(jīng)濟(jì)效益分析
（1）改造前機(jī)電二隊有專職驗(yàn)帶工6人，在改造之后需1人，減少5人，我隊月平均工資按0.5萬元計，年減少工資：5×0.5×12＝30萬元。
（2）投入運(yùn)行后由于事故率大大降低，每月多生產(chǎn)原煤2萬噸，年增產(chǎn)24萬噸，每噸售價按420元、成本按260元計算，新增產(chǎn)值1億80萬元，新增利稅3840萬元。
（3）大大延長了膠帶的使用壽命。機(jī)電二隊所需管理的鋼絲繩芯膠帶9500余米，膠帶使用壽命增加20%，更換周期按5年計算，每年節(jié)約材料費(fèi)56萬余元。
5.2、社會效益分析
（1）經(jīng)過試驗(yàn)運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、自動判斷損傷快速準(zhǔn)確、遠(yuǎn)程控制可靠，滿足系統(tǒng)的技術(shù)要求，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計要求，為鋼繩芯輸送帶的檢測和維護(hù)提供了很好的平臺。
（2）該檢測裝置投用后，降低了職工勞動強(qiáng)度，將原有的6名皮帶專職驗(yàn)帶工將為1人專人管理，膠帶事故為零。同時，調(diào)試運(yùn)行后，膠帶運(yùn)行狀態(tài)處于安全可靠，延長了膠帶的使用壽命，避免了新膠帶的誤投入。
6、研究結(jié)論
（1）可在在鋼繩芯輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下實(shí)時傳回鋼繩芯輸送帶內(nèi)部的透視圖像，形成的動態(tài)視頻，成像清晰、直觀。
（2）自動檢測輸送帶內(nèi)的損傷信息，并分類羅列。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，
（3）自動準(zhǔn)確、定性、定量檢測的出損傷部位的大小、位置信息，無需人工手動操作軟件測量。
（4）自動生成檢測的圖文報告，無需手動截圖、測量、排版。
（5）實(shí)現(xiàn)了異常部位、接頭抽動的自動聲光報警，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的視頻回放，并可調(diào)節(jié)視頻播放速度，另有放大、測距功能。
（6）實(shí)現(xiàn)了“無人值守”的工作模式，使用“一鍵完成”功能即可自動完成設(shè)備的開/關(guān)電、開/關(guān)射線、數(shù)據(jù)采集、自動分析等等功能。
（7）實(shí)現(xiàn)了歷史報表的參看、對比，提高了鋼繩芯輸送帶損傷檢測的實(shí)時性、直觀性、準(zhǔn)確性。
（8）大大降低了鋼繩芯輸送帶檢測、維護(hù)的勞動強(qiáng)度和不確定性。
通過該系統(tǒng)在安全生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用，為企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)展作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，同時為設(shè)備更好的檢修提供了強(qiáng)有力的保障。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：
王志永（1986—）男，籍貫河南南陽，2008年5月畢業(yè)與平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)，2011年10月進(jìn)入平煤股份二礦參加工作，從事煤礦供電。
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