钢丝绳芯输送带在线自动监测系统研究

钢丝绳芯输送带在线自动监测系统研究

郭小娜

平煤股份二矿河南平顶山467000

摘要：X光在线检测的技术，其直观性成为胶带检测行业中最有效的检测方式，从国内外产品情况来看，20%的X光在线检测无法满足高速采集，100%的X光在线检测无法满足自动识别、分析。X光胶带检测装置将实现对钢绳芯输送带出现内部钢绳断裂、锈蚀，接头抽动等影响钢绳芯输送带运输安全因素，及时进行拍摄、识别，并对各缺陷处钢绳芯输送带进行强度分析，根据分析结果进行及时修补或更换，杜绝事故发生，在煤矿安全生产中具有重要意义。

关键词：钢丝绳芯输送带；自动；X光在线检测

1、X光检测技术工作原理

《井下钢绳芯输送带检测装置》是由X射线发射箱、X射线接收箱、主机和外形支架等组成，是在钢绳芯钢绳芯输送带高速运动状态下将其内部结构图像清晰拍摄的一种创新技术产品，解决了钢绳芯输送带需要停机或降速后进行检查，图像识别技术的引入，解决了人员查看长距离钢绳芯输送带需要常时间的问题。实现了技术上的高度创新，尤其实现了在图像自动识别技术方面的引入，结束了该领域中图像识别技术的空白。

通过上位机控制打开各开关，使在线监测装置工作。射线源在高压下产生射线束，穿透钢绳芯输送带，采集电路采集穿透钢绳芯输送带后的射线束，并根据能量的强弱产生图像信号，并以规定的格式、接口传输至上位机，上位机通过数据处理软件将数据实时显示，并存储数据。通过软件识别算法自动找出钢绳芯输送带中的缺陷。

2、主要创新点

X射线钢绳芯输送带检测系统围绕煤矿钢绳芯输送带的运输安全进行设计，解决了钢绳芯输送带运输的安全检测时效性差、准确度低等问题，使钢绳芯输送带运输安全得到了有效的保障。设备在以下方面做了创新。

（1）远程操作：设备操作人员可在离设备安装位置120Km处，进行开关电源、开关射线、采集图像和设备状态监视等操作，无需人员到现场就能完成所有设备操作和状态监测的工作。

（2）实时显示：钢绳芯输送带运行运行状态实时显示在电脑屏幕，像放电影一样让用户观看。

（3）全息存储：采集的钢绳芯输送带数据通过多线程和特殊的磁盘操作方式，完整的存储到硬盘，保证在处理和回看时，能得到与实际钢绳芯输送带基本没有差别的钢绳芯输送带图像。

（4）自动识别：利用频域和值域两种算法对钢绳芯输送带数据进行自动分析，无需人员辅助，完成对整条钢绳芯输送带数据中的断裂、异常和接头抽动的情况的识别，并将各种缺陷分类罗列，方便用户针对性维修。

（5）录像回放：重现整条钢绳芯输送带运行全过程，且可以对钢绳芯输送带运行速度进行调整，以便用户进行详细的查看，双击任何一个缺陷能自动跳转到对应的缺陷图像位置，减少用户翻阅时间。

（6）缺陷定位：利用像素数据，精确对识别到的每个缺陷所在位置进行定位，并将位置信息显示在观察窗口和报告中。

（7）高倍放大：利用放大镜原理，实现对各类缺陷进行细微观察，包括劈丝、锈蚀等。

（8）精确测距：通过简单操作，可对钢绳芯输送带内任意两点进行距离测量，精确单位达到1mm。

（9）强度计算：根据分析结果，结合GB/T9770-2001中的规定，对钢绳芯输送带进行强度分析计算。

（10）自动报警：按照钢绳芯输送带实际运行时的张力、GB/T9770-2001、考虑安全系数后，软件自动设置报警界限，当钢绳芯输送带强度低于报警界限后，自动实现声光报警。

（11）图文报告：检测完成后，只需点击“报告按钮”，软件会自动将本次测试过程中识别到的缺陷图片、缺陷位置、缺陷大小等信息自动排序，并自动生成图文报告。

（12）无人值守：通过操作主界面中的“无人值守”按钮可实现整个检测过自动完成，无需人员看守。

3、主要构成

井下钢绳芯输送带检测装置》是由X射线发射箱、X射线接收箱、主机和外形支架等组成，是在钢绳芯钢绳芯输送带高速运动状态下将其内部结构图像清晰拍摄的一种创新技术产品，解决了钢绳芯输送带需要停机或降速后进行检查，图像识别技术的引入，解决了人员查看长距离钢绳芯输送带需要常时间的问题。实现了技术上的高度创新，尤其实现了在图像自动识别技术方面的引入，结束了该领域中图像识别技术的空白。

通过上位机控制打开各开关，使产品工作。射线源在高压下产生射线束，穿透钢绳芯输送带，采集电路采集穿透钢绳芯输送带后的射线束，并根据能量的强弱产生图像信号，并以规定的格式、接口传输至上位机，上位机通过数据处理软件将数据实时显示，并存储数据。通过软件识别算法自动找出钢绳芯输送带中的缺陷，装置原理图如下：

4、分析软件及检测报告

4.1分析软件

钢丝绳芯输送带在线自动监测系统，是实现钢丝绳芯输送带在线、连续、实时监测的后台管理而专门开发的应用性程序软件。该软件系统基于更可靠的TCP（即传输控制协议）和更便捷的UDP（即用户数据报协议）双重优化传输机制，采用了API（即应用程序编程接口）底层深入和B/S（即浏览器和服务器）操作运行模式、多线程同步技术、FIFO（先进先出）数据结构、以及大面积掩图动画，能够根据海量检测数据全程动态跟随钢丝绳芯的安全状态，为用户提供损伤曲线显示分析、接头位移精细测算、局部缺陷精确定位、实时超限预警提示、全息透视图像重构和生成打印检测报告等强大服务功能。

4.2检测报告

（1）全息透视图像重构

对于钢丝绳芯输送带这种复杂构件，只显示损伤曲线仍不能直观反映各局部缺陷对于输送带安全性能的整体影响。由于检测技术的进步，钢丝绳芯输送带在线自动监测系统能够为用户提供更加完整和直观的输送带内部图像重构功能。

钢丝绳芯输送带在线自动监测系统为用户所提供的输送带图像，是根据输送带的现场实际形态，通过复原实时检测数据而动态生成的全息透视图像，钢丝绳芯输送带的内部缺陷可以重色标出来，反映钢丝绳芯的损伤情况程度，实时提醒危险信息。

（2）接头抽动、位移的定性、定量检测

钢丝绳芯输送带在线自动监测系统，采用独创的信号处理模式和特征识别算法，自动对接头编号，也可以根据用户需要自行标识接头编号，以便于对照历史检修记录。

钢丝绳芯输送带在线自动监测系统，自动分析制定时段的同一个接头的实时监测数据，通过比较不同时段的平均位移量而准确地确定永久位移量的严重程度。

（3）断股、锈蚀、疲劳的定量定位检测

钢丝绳芯输送带在线自动监测系统，发现的所有缺陷实现二维坐标进行精确定位。带长方向上以邻近接头为定位基准，分辨率1mm，指示缺陷的起始坐标位和结束坐标位，位置误差≤2‰；带宽方向上按各路传感器位置（100mm/分区），确定缺陷所处的横向区位。

（4）超限实时预警提示

钢丝绳芯输送带在线自动监测系统的实时报警功能，从报警反映形式上分为声光报警和短信报警，从报警发送设置上分为随时报警和预约报警。

声光报警，主要面向现场巡查和主控室，用户可根据报警随时调看具体报警原因；

随时报警，系统可根据对各种故障的预先设定，一旦检测到超限故障（可分中度或严重）就立即发出报警；

（5）损伤曲线显示分析

由于采用了大容量内存和数据动态处理技术，钢丝绳芯输送带在线自动监测系统能为用户提供全息波形曲线。

（6）历史记录查看与打印、历史波形回放

历史记录查看与打印、历史波形回放功能，为设备管理者随时了解内部缺陷的历史演变过程、开展输送带安全性能的时态趋势分析提供了便利条件。

（7）生成、打印检测报告

检测结果除了曲线和图像显示外，钢丝绳芯输送带在线自动监测系统还为用户提供了更为简洁的检测报告，包含对海量系统数据分析处理后提出的重要检测结论，统计数据表格，以及各项输入信息，内容详实，简明直观，十分易于管理者对比和分析。

（8）系统可实现远程接管

系统可接入局域网／公共网络平台，并嵌入远程服务接管功能。轻松实现远程调试、软件升级、故障诊断等售后服务功能。只需用户需要，就可通过互联网实现全系统远程接管，提供在线调试、维护等服务。

4.3检测数据

截止目前为止，产品已对平煤股份二矿钢丝绳芯运输机进行检测120余次，已安装使用现场2处。

检测钢绳芯各类缺陷10多种类，积累钢绳芯输送带透视图像数据800G左右。为进一步对钢绳芯输送带检测技术的研究奠定了基础。

检测数据案例：

5、经济效益和社会效益

5.1、经济效益分析

（1）改造前机电二队有专职验带工6人，在改造之后需1人，减少5人，我队月平均工资按0.5万元计，年减少工资：5×0.5×12＝30万元。

（2）投入运行后由于事故率大大降低，每月多生产原煤2万吨，年增产24万吨，每吨售价按420元、成本按260元计算，新增产值1亿80万元，新增利税3840万元。

（3）大大延长了胶带的使用寿命。机电二队所需管理的钢丝绳芯胶带9500余米，胶带使用寿命增加20%，更换周期按5年计算，每年节约材料费56万余元。

5.2、社会效益分析

（1）经过试验运行，系统稳定、可靠、传输数据准确、监测数据准确、自动判断损伤快速准确、远程控制可靠，满足系统的技术要求，各项运行指标达到了设计要求，为钢绳芯输送带的检测和维护提供了很好的平台。

（2）该检测装置投用后，降低了职工劳动强度，将原有的6名皮带专职验带工将为1人专人管理，胶带事故为零。同时，调试运行后，胶带运行状态处于安全可靠，延长了胶带的使用寿命，避免了新胶带的误投入。

6、研究结论

（1）可在在钢绳芯输送带运转状态下实时传回钢绳芯输送带内部的透视图像，形成的动态视频，成像清晰、直观。

（2）自动检测输送带内的损伤信息，并分类罗列。实现了设备的远程操作，

（3）自动准确、定性、定量检测的出损伤部位的大小、位置信息，无需人工手动操作软件测量。

（4）自动生成检测的图文报告，无需手动截图、测量、排版。

（5）实现了异常部位、接头抽动的自动声光报警，实现了数据的视频回放，并可调节视频播放速度，另有放大、测距功能。

（6）实现了“无人值守”的工作模式，使用“一键完成”功能即可自动完成设备的开/关电、开/关射线、数据采集、自动分析等等功能。

（7）实现了历史报表的参看、对比，提高了钢绳芯输送带损伤检测的实时性、直观性、准确性。

（8）大大降低了钢绳芯输送带检测、维护的劳动强度和不确定性。

通过该系统在安全生产当中的应用，为企业的安全稳定发展作出了应有的贡献，同时为设备更好的检修提供了强有力的保障。

参考文献：

[1]王守强，王雪伟，刘则庆，姜国乐，朱干彬，王传真，陈伟.新型在线测灰仪在涡北选煤厂的应用研究[J].煤炭技术，2015，01：333-335.

[2]蔡周全，何吉坤，赵波浪，林京京，张建业.矿用钢绳芯输送带X射线检测系统设计及应用[J].煤炭技术，2015，02：228-230.

作者简介：

王志永（1986—）男，籍贯河南南阳，2008年5月毕业与平顶山工业职业技术学院电气工程及其自动化专业，2011年10月进入平煤股份二矿参加工作，从事煤矿供电。