CN101614583B - 一种基于声音识别的堵料检测预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于声音识别的堵料检测预警装置及方法，利用声音识别技术，模拟人在现场的听觉，现场采集落料管因堵料出现的异常音频信号进行分析，判断运行是否出现故障，给出语音报警信号，提醒运行人员采取相应措施或自动采取停机措施进行系统保护，此为一种非接触式的堵料预警方法，解决了接触式堵料测试检验部件易损导致报警失灵的问题。

Description

一种基于声音识别的堵料检测预警装置及方法

技术领域

本发明涉及一种设备运行故障检测装置，特别涉及一种基于声音识别的堵料检测预警装置及方法。

背景技术

目前传输带和斗轮机在燃煤电厂、矿场等场所的长距离输料系统中已得到广泛的应用。物料由传输带到斗轮机进行堆积、斗轮机与传输带以及传输带与传输带转运过程中需要有较多的落料管进行转接过渡，如图1所示输料系统中的落料管示意图。因物料中带有水分和较多杂质，粘堵落料管的情况经常发生，为确保输料系统能长期安全稳定运行，提高系统的自动化程度，需在落料管中增加可靠的落料管堵料预警保护措施。

目前常用的落料管堵料检测及预警保护装置有阻旋式、挡板式、电容式、射频导纳和超声波监测方式五种：

(1)电容式堵料开关：

电容式堵料报警器安装在落料管内，容易因为物料粉粒粘结，导致接地而发出误报警。

(2)挡板式堵料开关

挡板式堵料报警器常因落料管内物料粒堵塞迅速，导致挡板未能形成角度即被埋没，从而失去报警功能。

(3)阻旋式堵料开关

阻旋式堵料开关的关键部件是一个叶片形式的探头，是由一个小力矩低速同步电机组成的旋翼，旋翼未触及料位时，以每分钟1转的速度不停地转动，当管道内物料流堵塞时触及物料，旋翼的转动将受阻，停止转动，使内部微动开关动作并发出堵料报警信号。

(4)射频导纳堵料开关

利用安装在落料管内的射频导纳堵料开关的检测电极与地电极之间的距离与其存在的阻抗和容抗之间的固定比例关系来检测料位，进而起到堵料检测与预警保护的作用，其安装位置尽量避开物料行进的方向。

(5)声波料流监测器

声波料流监测器由一个安装在落料筒中的探头传感器和一个控制箱组成，利用探头传感器感知物料与探头在运动中相互间的摩擦所产生的振动波来判断是否有堵料，而探头的接触部分要采用高耐磨性材料。

上述五种堵料检测装置有一个共同的特点就是探头部分都安装在落料管内部，是接触式的检测设备。这种类型的预警保护装置在一般的工业应用中能起到一定的作用，但在燃煤电厂或矿场等场所的输料系统中，要经受住物料块的冲击、物料颗粒的埋没以及物料粉粒的侵蚀而能长时间可靠稳定运行实际很难，另外中国专利00117760.5，授权公开日2003.2.5，授权公开了一种智能型堵煤自动检测装置，该发明主要采用了滚式运行信号检测传感器，使用时将其安装在皮带下方，皮带与其接触，当发生堵煤时，皮带上的煤重量增加，使检测传感器产生一个下沉量，再通过一传感器部件产生一个堵煤信号，达到检测目的。其检测手段是利用传统的重量传感器来完成，也是一种接触式的检测设备，而且未见该发明已实用的报道。因此设计一种非接触式的堵料预警装置及方法具有非常重要的意义。

发明内容

本发明是针对现有的接触式探头部分带来的种种弊端的问题，提出了一种基于声音识别的堵料检测预警装置及方法，利用声音识别技术，模拟人在现场的听觉，自动检测落料管因堵料出现的异常声音，判断运行是否出现故障，给出语音报警信号，提醒运行人员采取相应措施或自动采取停机措施进行系统保护。

本发明的技术方案为：一种基于声音识别的堵料检测预警装置，包括音频采集模块、音频A/D模块和数字音频处理模块，音频采集模块安装在落料管外紧贴在物料下落时撞击落料管部位的外壁，采集现场声音并进行放大，音频A/D模块把从落料管中发出的经放大的声音转换为数字音频信号送入数字音频处理模块，数字音频处理模块处理信号并输出预警信号给外围系统。

一种基于声音识别的堵料检测预警方法，包括基于声音识别的堵料检测预警装置，方法包括以下具体步骤：

1)PLC输料控制系统实时将系统状态信号传送至数字音频处理模块，当数字音频处理模块检测到系统状态为开始输送物料时，启动音频分析程序，数字音频处理模块将分析识别经音频采集模块放大、音频A/D转换过的数字音频信号；

2)当数字音频处理模块将信号滤除干扰后检测出音频序列其电压有效值均值低于设定电压阈值，以及频谱中主峰值起始频率低于设定频率阈值，且主峰值终止频率与起始频率之间差值不超过设定阈值并维持一短时间段时，视为落料管出现堵料故障，否则视为畅通；

3)出现堵料故障时，数字音频处理模块将故障结果转换成一开关量预警信号传送至PLC输料控制系统，同时将数字音频序列通过网络或转换成模拟音频通过音频线传送至集控室在平板PC或工控机上直接播放。

本发明的有益效果在于：本发明基于声音识别的堵料检测预警装置及方法，利用声音识别技术，模拟人在现场的听觉，自动检测落料管因堵料出现的异常声音，判断运行是否出现故障，此为一种非接触式的堵料预警方法，解决了接触式堵料测试检验部件易损导致报警失灵的问题。

附图说明

图1为输料系统中的落料管示意图；

图2为落料管畅通时采集音频图；

图3为落料管堵塞时采集音频图；

图4为本发明基于声音识别的堵料检测预警装置结构示意图；

图5为本发明基于声音识别的堵料检测预警装置中装有音频采集模块的落料管示意图。

具体实施方式

长距离输料系统中采用分段转运的方式进行，而转运处利用落料管进行转接过渡，在正常的输料过程中，传输带上的物料(常常带有水分和杂质)通过落料管落至另一条转运传输带上时，带有物料与落料管壁、物料与传输带的撞击以及物料在运动中的相互间的摩擦和与空气的摩擦所产生的声音，这些声音的频率集中在一个相对固定的频段范围，如果滤除物料在运动中的相互间的摩擦和与空气的摩擦所产生的声音，检测到的将会有类似物料块撞击金属和绷紧皮带的声音，这两种类型的声音对人的听力来说是具有一定强度且具有一定规律的处于高频段的音频，如图2所示落料管畅通时采集音频图，落料管畅通时，装置检测分析其采集到的音频序列其电压有效值均值较高，且其频谱中主峰值频率将处于高频率段。

当落料管由于各种原因发生输料堵塞时，落料管不流通，没有任何撞击声，只有物料继续在堵塞的落料管上方堆积，此时会发出一种很闷且低沉的声音，对人的听力来说是持续的、频率稳定的处于低频段的音频，如图3所示落料管堵塞时采集音频图，落料管堵塞时，装置检测分析其采集到的音频序列其电压有效值均值较低，且其频谱中主峰值频率将处于低频率段。

根据上述原理可利用一种音频采集模块采集落料管中发出的声音并将其传送至控制室，在控制室中安装音频处理设备利用频谱分析的方法来进行检测识别，也可将两种功能集成在一嵌入式系统中，既可采集又能检测，并能将识别出的结果转换成一种可被输料控制系统接收的信号，然后将其传送，同时还可将识别出异常情况前后某一时间段内的声音序列进行压缩传送，在输料控制系统中，根据接收的信号进行处理，对异常情况给出语音报警信号，并播放声音序列，提醒运行人员采取相应措施或自动采取停机措施进行系统保护。

如图4所示基于声音识别的堵料检测预警装置结构示意图，装置是一种嵌入式系统，由音频采集模块1(相当于麦克)、音频A/D模块2(相当于录音机)、数字音频处理模块3(相当于频谱分析仪)组成。如图5所示装有堵料检测与预警保护装置的落料管示意图，在该系统装置中，音频采集模块1安装在落料管外紧贴在物料下落时撞击落料管部位的外壁，模拟人在现场的听觉，采集现场声音并进行放大，音频A/D模块2把从落料管中发出的经放大的声音转换为数字音频信号，PLC输料控制系统4实时将系统状态信号传送至数字音频处理模块3，当检测到系统状态为开始输送物料时，启动音频分析程序，数字音频处理模块3将分析识别经A/D模块2转换过的数字音频信号，当滤除干扰后检测出音频序列其电压有效值均值(设为M)低于某一阈值(设为N)以及频谱中主峰值起始频率(设为f₀)低于某一频率阈值(设为f_T)且主峰值终止频率(设为f₁)与起始频率之间差值不超过某一阈值(设为f_D)并维持一短时间段时，系统将其视为出现堵料故障，否则视为畅通，即：当(M≤N and f₀≤f_T and(f₁-f₀)≤f_D)时，视为堵料故障，当(M＞N or f₀＞f_T or(f₁-f₀)＞f_D)时，视为畅通。

若出现堵料故障，数字音频处理模块3将检测结果转换成一开关量预警信号传送至PLC输料控制系统4，同时将数字音频序列通过网络或转换成模拟音频通过音频线传送至集控室在平板PC或工控机5上直接播放。PLC输料控制系统4接收到该开关量预警信号后进行语音报警，提醒运行人员手动采取相应动作或由控制系统自动采取动作。手动和自动操作模式可相互切换，该功能可通过司机室操作面板上某按钮实现。

该系统装置应用在斗轮机的落料管上，将检测装置安装在物料下落时撞击落料管部位的外壁，可选择手动操作模式，当系统检测到出现堵料故障时，输出预警信号至斗轮机司机室与集控室，当运行人员听到落料管堵塞语音报警时，迅速操作停止输送物料到斗轮机的一段传输带，防止落料管溢出，并及时采取措施将落料管进行疏通，起到保护斗轮机运行设备的作用。

应用在转运站的落料管上，将检测装置安装在物料下落时撞击落料管部位的外壁，需选择自动操作模式，当系统检测到出现堵料故障时，自动停止物料输送线路上所有的传输带，同时输出预警信号与异常声音序列至集控室，通知集控室人员采取措施去疏通发生故障的落料管，将输料系统快速恢复正常。

Claims (1)

1.一种基于声音识别的堵料检测预警方法，包括基于声音识别的堵料检测预警装置，装置包括音频采集模块、音频A/D模块和数字音频处理模块，音频采集模块安装在落料管外紧贴在物料下落时撞击落料管部位的外壁，采集现场声音并进行放大，音频A/D模块把从落料管中发出的经放大的声音转换为数字音频信号送入数字音频处理模块，数字音频处理模块处理信号并输出预警信号给外围系统；方法包括以下具体步骤：

1)PLC输料控制系统实时将系统状态信号传送至数字音频处理模块，当数字音频处理模块检测到系统状态为开始输送物料时，启动音频分析程序，数字音频处理模块将分析识别经音频采集模块放大、音频A/D模块转换过的数字音频信号；

2)当数字音频处理模块将信号滤除干扰后检测出音频序列其电压有效值均值低于设定电压阈值，以及频谱中主峰值起始频率低于设定频率阈值，且主峰值终止频率与起始频率之间差值不超过设定阈值并维持一短时间段时，视为出现堵料故障，否则视为畅通；

3)出现堵料故障时，数字音频处理模块将故障结果转换成一开关量预警信号传送至PLC输料控制系统，同时将数字音频序列通过网络或转换成模拟音频通过音频线传送至集控室在平板PC或工控机上直接播放。

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