CN102358505A - 一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置 - Google Patents

一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置 Download PDF

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Abstract

一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，属于煤矿企业输送带在线检测技术领域。在输送带下方安装CCD红外相机采集输送带图像，图像采集卡将图像采集到带有图像处理软件的上位机，通过软件对比处理过的图像特征，实现输送带表面裂纹与撕裂图像进行识别并计算裂纹长度，根据设定的裂纹长度阈值，上位机与PLC通信进行报警或停车，并通过速度传感器检测计算故障点距监测点的距离。为了抗干扰使用密封舱封闭装置检测区域，采用冷光源补光。本发明能及时准确地检测出输送带可能发生的撕裂事故。本发明的优点是：成本低、可靠性高、实时性强，既能做到撕裂程度较小时进行有效声光报警减小输送带撕裂，又能做到检测到突发的较大程度的输送带撕裂后紧急停车。

Description

一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置
技术领域
本发明一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，利用CCD红外相机图像检测技术和可编程逻辑控制器PLC相结合的检测装置，属于煤矿企业输送带在线检测技术领域。 
背景技术
在煤矿企业生产过程中，输送带纵向撕裂是带式输送机三大灾害之一，由于钢丝芯输送带单体长度都比较长，如果发生纵向撕裂不能及时发现，就有可能造成整条输送带报废，损失严重。目前国内外输送带纵向撕裂检测方法很多，有输送机异常电流检测法，导电体嵌入皮带检测法，托辊受力异常检测法，无线发射传感检测法。但这些检测方法存在以下问题：检测方法不成熟，实时性差，中间环节多，造价高；采用机械装置动作可靠性低，误动作次数太多，无法正常组织生产。本发明是具有在线实时监测预警或停车、准确定位撕裂位置和估算撕裂长度的装置。本装置采用CCD红外相机图像检测技术和可编程逻辑控制器PLC相结合的在线监测技术，不仅可以达到实时性，同时实现系统集成和故障预测。 
发明内容
本发明一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其目的在于解决上述现有检测手段可靠性差、实时性差的问题，从而公开一种基于CCD红外相机图像检测技术和可编程逻辑控制器PLC相结合的输送带纵向撕裂在线监测预警装置。 
本发明一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于该输送带纵向撕裂在线监测预警装置包含：CCD红外相机1、防爆护罩2、防爆云台3、密封舱4、冷光源5、密封舱底座6、速度传感器7、可编程逻辑控制器PLC 8、防爆声光报警装置9、输出控制继电器10、解码器11、TCF-142-S RS485转光纤模块12、TCF-142-S光纤转RS232模块13、VS-IE2001394信号转光纤模块14、VS-IE200光纤转1394信号模块15、防爆控制箱16、MV-1394图像采集卡17、上位机18、RS-232接口19；所述的CCD红外相机1位于防爆护罩2内，安装到离输送带20cm-30cm距离的正下方，该防爆护罩安装在位于密封舱底座6上的防爆云台3 上，所述的防爆云台的内置解码器11与TCF-142-S RS485转光纤模块12连接，经过光纤再连接到TCF-142-S光纤转RS232模块13后与上位机18的RS-232接口19通信，所述的CCD红外相机1为MV-VS200FM/C系列1394接口的高分辨率工业数字CCD相机，该CCD红外相机输出的信号经过VS-IE2001394信号转光纤模块14转换后经光纤传输到中控室的VS-IE200光纤转1394信号模块15，再将转换后的图像信号通过MV-1394图像采集卡17传送到上位机18，当检测到有输送带撕裂后上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8通信，PLC控制防爆声光报警装置9报警或控制输出控制继电器10常闭触点断开紧急停车，所述的速度传感器7安装在输送机主轴上，其输出的信号经过位于防爆控制箱16内的可编程逻辑控制器PLC 8分析处理后传到上位机18来计算皮带运行速度，所述的上位机18是安装Visual C++与Matlab软件的普通计算机，所述的密封舱4与冷光源5为抗干扰补偿装置。 
上述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的在输送带下方安装的CCD红外相机1采集输送带图像，通过图像采集卡17进入带有图像处理软件的上位机18，通过上位机软件对比处理过的图像特征，实现输送带表面裂纹与撕裂图像进行识别并计算裂纹长度，根据设定的裂纹长度阈值，上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8通信进行报警或停车，并通过速度传感器7检测计算故障点距监测点的距离，为了抗干扰使用密封舱4封闭装置检测区域，采用冷光源5补光，保证及时准确地检测出输送带可能发生的撕裂事故。 
上述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的防爆护罩2、防爆云台3、速度传感器7、声光报警装置9及各种电缆均为防爆设备，与可编程控制器PLC 8联接的各种信号线、电源线及可编程逻辑控制器PLC 8、输出控制继电器9、TCF-142-S RS485转光纤模块12、VS-IE200-S 1394信号转光纤模块14均安装在防爆控制箱16内，防爆壳体按照国家煤矿安全标准GB3836.2-2000设计，电气部分采用符合《煤矿安全规程》要求的本安型国家标准GB3836.4-2000设计，其主要技术指标为： 
电源：井上：～220V±10％50HZ 
井下：～127V±10％50HZ 
信号传输距离：PLC与上位机通信光纤传输：40Km 
红外CCD相机输出信号光纤传输：1Km 
工作温度：-20℃-60℃ 
检测准确率：98％ 
图像检测分辨率：≤1.6mm 
成像帧频：30帧/s 
输送带宽度：0.6-2.2m 
检测输送带运行速度：≤6m/s。 
防爆标准：GB3836.2-2000     GB3836.4-2000 
所述的一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的补偿装置中的用来为检测装置提供稳定明暗环境的密封舱4是由钢板焊接而成的漏斗体和矩形筒体联接而成的：采用四块6mm厚的钢板焊接而成的漏斗体，漏斗体上口径800-1800mm×800-1800mm，下口径300-800mm×300-800mm，采用四块300-400mm×350-750mm的6mm厚的钢板焊接成矩形筒体，将漏斗体与矩形筒体焊接在一起，底面焊接一块350-750mm×350-750mm的10mm厚的钢板作为密封舱底座6，在其里面底座上安装能够控制带有MV-VS200FM/C CCD红外相机1的防爆护罩2的防爆云台3和冷光源5。 
上述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的上位机18图像处理与分析软件由Visual C++与Matlab混合编程，其流程为：图像采集卡17采集输送带运行情况的图像到上位机18缓存中，Visual C++通过调用Matlab图像处理工具箱的图像处理函数，对采集的每帧输送带实时图像进行二值化转换，然后计算二值化后的图像中撕裂区域像素点占整个图像像素点的比例，再根据所拍摄图像区域实际面积的大小计算输送带撕裂部分的长度，该长度与预先设定的长度值进行比较后迅速做出故障判断：当该长度大于设定的需要报警长度值时，上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8进行串口通信控制声光报警装置9报警；当该长度大于设定的需要停车的长度值时，上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8进行串口通信控制输出控制继电器10紧急停车。 
本发明一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其优点在于： 
1.利用速度传感器7检测输送带运行速度，速度传感器7将其光电脉冲信号 接入可编程逻辑控制器PLC 8，可编程逻辑控制器PLC 8对信号分析处理后传入上位机18中，上位机18根据停机响应时间计算停机后皮带撕裂位置与检测装置的距离，以便于煤矿工作人员快速组织检修。 
2.针对皮带机运行环境，本发明设计了补偿装置，密封舱4将检测区域封闭起来，使CCD红外相机1能够连续稳定地采集图像；冷光源5为检测的输送带的下表面提供足够的照度，使CCD红外相机1能够采集清晰的图像，使该装置能够正常有效地进行工作，同时冷光源5与其他照明光源如白炽灯、LED灯、钠光灯等热光源相比，冷光源5把它的能量几乎全部转化为可见光了，其他波长的光很少，而热光源除了有可见光外还有大量的红外光，相当一部分能量转化为对照明没有贡献的红外光了，采用冷光源5不对周围环境产生高温从而保证CCD红外相机正常工作。 
附图说明
图1为本发明一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置主视示意图。 
图2为本发明一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置右视示意图。 
图3为本发明一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置结构框图。 
1、CCD红外相机                     2、防爆护罩 
3、防爆云台                        4、密封舱 
5、冷光源                          6、密封舱底座 
7、速度传感器                      8、可编程逻辑控制器PLC 
9、防爆声光报警装置                10、输出控制继电器 
11、解码器                         12、TCF-142RS485/光纤模块 
13、TCF-142光纤/RS232模块          14、VS-IE2001394信号/光纤转换器 
15、VS-IE200光纤/1394信号转换器    16、防爆控制箱 
17、MV-1394图像采集卡              18、上位机 
19、RS-232接口 
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施作如下详述： 
实施方式1：带式输送机输送带宽度在2m，输送带速度低于5m/s时，上述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置的工作过程为：输送带下方安装的 MV-VS200FM/C CCD红外相机1输出的1394信号经过VS-IE2001394信号转光纤模块14转换后经光纤传输到中控室的VS-IE200光纤转1394信号模块15，再将1394信号通过MV-1394图像采集卡17传送到上位机18，通过上位机18图像处理软件系统对比处理过的图像特征，实现输送带表面裂纹与撕裂图像进行识别并计算裂纹长度，当裂纹长度达到设定的第一阈值时上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8串口通信进行报警，当裂纹长度达到设定的第二阈值时上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8通信进行停车，并通过速度传感器7采集的速度信号经过上位机18计算后判定故障点距监测装置的距离。MV-VS200FM/C CCD红外相机1在防爆护罩2内，防爆护罩2下方的防爆云台3位于密封舱底座6上，防爆云台3可以通过内置解码器11接收来自上位机18的控制信号调整防爆护罩2的俯仰角与水平位置摆动来达到调整监控区域的目的，所述的解码器11与TCF-142RS485转光纤模块12相联，经过光纤与中控室的TCF-142光纤转RS232模块13连接到上位机18的RS-232接口19，为了抗干扰使用密封舱4封闭检测装置安装区域，并采用冷光源5对检测区域补光，上位机软件由Visual C++与Matlab混合编程，上位机18通过RS-232接口19与可编程逻辑控制器PLC 8通信，将速度传感器7信号传到检测上位机18并显示，上位机18通过软件手动控制防爆云台3的位置以调整取像位置。 
所述的速度传感器7安装到输送机主轴上，采用光电脉冲输出形式传送到可编程逻辑控制器PLC 8，该信号传输到上位机18后通过程序判断皮带撕裂处到检测装置的距离。 
所述的防爆云台3带有内置解码器11，所述的防爆云台通过该解码器与上位机18通过串口通信，可以根据人为需要和环境变化接收来自上位机18的控制信号调整防爆护罩2的俯仰角与水平位置摆动以调整MV-VS200FM/C CCD红外相机1的取像位置，来达到调整监控区域的目的。 
所述的TCF-142-S RS485转光纤模块12和TCF-142-S光纤转RS232模块13是串口光纤转换器。具备将RS-232/422/485转光纤讯号的能力。TCF-142-S通过单模光纤传输可将串行传输距离延伸到最远40Km。 
所述的VS-IE2001394信号转光纤模块14和VS-IE2001394光纤转1394信号模块15是用来解决IEEE1394信号长距离高速传输的设备，并能提高图像传 输质量，所述的VS-IE2001394信号转光纤模块为信号发送器1394E-T，VS-IE2001394光纤转1394信号模块为信号接收器1394E-R，它们成对使用，通过一对单模光纤进行传输，使采集来的图像信号传输距离达到1Km。 
所述的上位机18图像处理与分析软件由Visual C++与Matlab混合编程，其流程为：图像采集卡17采集输送带运行情况的图像到上位机18缓存中，Visual C++通过调用Matlab图像处理工具箱的图像处理函数，对采集到的每帧输送带实时图像进行二值化转换，然后计算二值化后的图像中撕裂区域像素点占整个图像的比例，再根据所拍摄图像区域实际面积的大小计算输送带撕裂部分的长度，该长度与预先设定的长度值进行比较后迅速做出故障判断：当该长度大于0.5m时，上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8进行串口通信控制防爆声光报警装置9报警；当该长度大于2m时，上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8进行串口通信控制输出控制继电器10紧急停车。 
所述的防爆护罩2、防爆云台3、速度传感器7、声光报警装置9及各种信号电缆均为防爆设备。与可编程控制器PLC8联接的各种信号线、电源线及可编程控制器PLC8、输出控制继电器10、TCF-142-S RS485转光纤模块12、VS-IE200-S 1394信号转光纤模块14均安装在防爆壳体内。防爆壳体按照国家煤矿安全标准GB3836.2-2000设计，电气部分采用符合《煤矿安全规程》要求的本安型国家标准GB3836.4-2000设计，其主要技术指标为： 
电源：井上：～220V±10％50HZ 
井下：～127V±10％50HZ 
信号传输距离：PLC与上位机通信光纤传输：40Km 
红外CCD相机输出信号光纤传输：1Km 
工作温度：30℃ 
检测准确率：98％ 
图像检测分辨率：1.5mm 
成像帧频：30帧/s 
输送带宽度：2m 
检测输送带运行速度：5m/s。 
防爆标准：GB3836.2-2000GB3836.4-2000 
所述的补偿装置中的用来为检测装置提供稳定明暗环境的密封舱4是由钢板焊接而成的漏斗体和矩形筒体联接而成的：采用四块6mm厚的钢板焊接而成的漏斗体，漏斗体上口径1800mm×1800mm，下口径750mm×750mm，采用四块400mm×750mm的6mm厚的钢板焊接成矩形筒体，将漏斗体与矩形筒体焊接在一起，底面焊接一块750mm×750mm的10mm厚的钢板作为密封舱底座6，在其里面底座上安装能够控制带有MV-VS200FM/C CCD红外相机1的防爆护罩2的防爆云台3和冷光源5。 
实施方式2：带式输送机输送带宽度在1m以下，输送带速度低于3m/s时，该装置主要技术指标为： 
电源：井上：～220V±10％50HZ 
井下：～127V±10％50HZ 
信号传输距离：PLC与上位机通信光纤传输：40Km 
红外CCD相机输出信号光纤传输：1Km 
工作温度：30℃ 
检测准确率：98％ 
图像检测分辨率：1.5mm 
成像帧频：30帧/s 
输送带宽度：0.9m 
检测输送带运行速度：2m/s。 
防爆标准：GB3836.2-2000GB3836.4-2000 
所述的补偿装置中的用来为检测装置提供稳定明暗环境的密封舱4由钢板焊接而成的漏斗体和矩形筒体联接而成的：采用四块6mm厚的钢板焊接而成的漏斗体，漏斗体上口径800mm×800mm，下口径350mm×350mm，采用四块300mm×350mm的6mm厚的钢板焊接成矩形筒体，将漏斗体与矩形筒体焊接在一起，底面焊接一块350mm×350mm的10mm厚的钢板作为密封舱底座6，在其里面底座上安装能够控制带有MV-VS200FM/C CCD红外相机1的防爆护罩2的防爆云台3和冷光源5。 
所述的上位机18图像处理与分析软件由Visual C++与Matlab混合编程，其流 程为：图像采集卡17采集输送带运行情况的图像到上位机18缓存中，Visual C++通过调用Matlab图像处理工具箱的图像处理函数，对采集到的每帧输送带实时图像进行二值化转换，然后计算二值化后的图像中撕裂区域像素点占整个图像的比例，再根据所拍摄图像区域实际面积的大小计算输送带撕裂部分的长度，该长度与预先设定的长度值进行比较后迅速做出故障判断：当该长度大于0.3m时，上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8进行串口通信控制防爆声光报警装置9报警；当该长度大于2m时，上位机18与可编程逻辑控制器PLC 8进行串口通信控制输出控制继电器10紧急停车，其它同实施方式1。 

Claims (5)

1.一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于该输送带纵向撕裂在线监测预警装置由CCD红外相机(1)、防爆护罩(2)、防爆云台(3)、密封舱(4)、冷光源(5)、密封舱底座(6)、速度传感器(7)、可编程逻辑控制器PLC(8)、防爆声光报警装置(9)、输出控制继电器(10)、解码器(11)、TCF-142-S RS485转光纤模块(12)、TCF-142-S光纤转RS232模块(13)、VS-IE2001394信号转光纤模块(14)、VS-IE200光纤转1394信号模块(15)、防爆控制箱(16)、MV-1394图像采集卡(17)、上位机(18)和RS-232接口(19)所组成；所述的CCD红外相机(1)位于防爆护罩(2)内，安装到离输送带20cm-30cm的正下方，该防爆护罩安装在位于密封舱底座(6)上的防爆云台(3)上，所述的防爆云台的内置解码器(11)与TCF-142-S RS485转光纤模块(12)连接，经过光纤再连接到TCF-142-S光纤转RS232模块(13)后与上位机(18)的RS-232接口(19)通信，所述的CCD红外相机(1)为MV-VS200FM/C系列1394接口的高分辨率工业数字CCD红外相机，该CCD红外相机输出的信号经过VS-IE2001394信号转光纤模块(14)转换后经光纤传输到中控室的VS-IE200光纤转1394信号模块(15)，再将转换后的图像信号通过MV-1394图像采集卡(17)传送到上位机(18)，当有皮带撕裂后上位机(18)与可编程逻辑控制器PLC(8)通信，可编程逻辑控制器PLC(8)控制防爆声光报警装置(9)报警或输出控制继电器(10)常闭触点断开紧急停车，所述的速度传感器(7)安装在输送机主轴上，其输出的信号经过位于防爆控制箱(16)内的可编程逻辑控制器PLC(8)分析处理后传到上位机(18)来计算皮带运行速度，所述的上位机(18)是安装VisualC++与Matlab软件的普通计算机，所述的密封舱(4)与冷光源(5)为抗干扰补偿装置。
2.按照权利要求1所述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的CCD红外相机(1)采集输送带图像，通过图像采集卡(17)进入带有图像处理软件的上位机(18)，通过软件对比处理过的图像特征，实现输送带表面裂纹与撕裂图像进行识别并计算裂纹长度，根据设定的裂纹长度阈值上位机(18)与可编程逻辑控制器PLC(8)通信进行报警或停车，并通过速度传感器(7)检测计算故障点距监测点的距离，为了抗干扰使用密封舱(4)封闭装置检测区域，采用冷光源(5)补光及时准确地检测出输送带可能发生的撕裂事故。
3.按照权利要求1所述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的防爆护罩(2)、防爆云台(3)、速度传感器(7)、防爆声光报警装置(9)及各种电缆均为防爆设备，与可编程控制器PLC(8)联接的各种信号线、电源线及可编程逻辑控制器PLC(8)、输出控制继电器(10)、TCF-142-S RS485转光纤模块(12)、VS-IE200-S1394信号转光纤模块(14)均安装在防爆控制箱(16)内，防爆壳体按照国家煤矿安全标准GB3836.2-2000设计，电气部分采用符合《煤矿安全规程》要求的本安型国家标准GB3836.4-2000设计，其主要技术指标为：
电源：井上：～220V±10％50HZ
井下：～127V±10％50HZ
信号传输距离：PLC与上位机通信光纤传输：40Km
红外CCD相机输出信号光纤传输：1Km
工作温度：-20℃-60℃
检测准确率：98％
图像检测分辨率：≤1.6mm
成像帧频：30帧/s
输送带宽度：0.6-2.2m
检测输送带运行速度：≤6m/s。
防爆标准：GB3836.2-2000GB3836.4-2000
4.按照权利要求1所述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的补偿装置中的用来为检测装置提供稳定明暗环境的密封舱(4)由钢板焊接而成的漏斗体和矩形筒体联接而成的：采用四块6mm厚的钢板焊接而成的漏斗体，漏斗体上口径800-1800mm×800-1800mm，下口径300-800mm×300-800mm，采用四块300-400mm×350-750mm的6mm厚的钢板焊接成矩形筒体，将漏斗体与矩形筒体焊接在一起，底面焊接一块350-750mm×350-750mm的10mm厚的钢板作为密封舱底座(6)，在其里面底座上安装能够控制带有MV-VS200FM/C CCD红外相机(1)的防爆护罩(2)的防爆云台(3)和冷光源(5)。
5.按照权利要求1所述一种输送带纵向撕裂在线监测预警装置，其特征在于所述的上位机(18)图像处理与分析软件由Visual C++与Matlab混合编程，其流程为：图像采集卡(17)采集输送带运行情况的图像到上位机(18)缓存中，Visual C++通过调用Matlab图像处理工具箱的图像处理函数，对采集的每帧输送带实时图像进行二值化转换，然后计算二值化后的图像中撕裂区域像素点占整个图像的比例，再根据所拍摄图像区域实际面积的大小计算输送带撕裂部分的长度，该长度与预先设定的长度值进行比较后迅速做出故障判断：当该长度大于设定的需要报警长度值时，上位机(18)与可编程逻辑控制器PLC(8)进行串口通信控制声光报警装置(12)报警；当该长度大于设定的需要停车的长度值时，上位机(18)与可编程逻辑控制器PLC(8)进行串口通信控制输出控制继电器(10)紧急停车。
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