CN108706308B - 一种输送机的故障识别方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种输送机的故障识别方法、装置及系统，其中输送机的故障识别方法，输送机包括输送带和支撑输送带的托辊，包括如下步骤：采集输送机的周围环境的声音信号；在周围环境的声音信号中提取周期性音频信号；根据周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征；根据音频特征识别托辊的故障。本发明可以在预设频率内通过音频特征快速识别出输送机的托辊故障，可避免其它干扰噪音，同时还可以替代人工进行自动检测输送机的输送带跑偏故障以及输送带的表面温度异常故障。

Description

一种输送机的故障识别方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及输送机故障检测技术领域，具体涉及一种输送机的故障识别方法、装置及系统。

背景技术

输送机可作为最重要的散状物料输送与装卸设备，其广泛用于矿山、冶金、建材、化工、电力、食品加工等工业领域中，例如：在煤矿、金属矿、钢铁企业，港口，水泥厂等地都可以看到输送机的大量应用。输送机主要包括输送带和支撑输送带的托辊，托辊位于输送带的正下方，输送带贴附在托辊上可进行输送物料，由于输送机长期工作，也会出现各种不同的故障，其中托辊故障较为严重，例如：托辊轴承失效、辊子运转不良、辊子表面黏贴粉尘、托辊架栓松动等，直接导致输送机无法继续工作，故对于输送机的故障识别或检测至关重要。

传统的输送机故障检测方式，通过在输送机上设置噪音传感器直接检测托辊在运行中产生噪音响度的大小，即一般通过识别的具体分贝值与预设声音阈值比较得到该托辊的故障，由于托辊在运行中还存在来自外部周围环境的其它设备产生的噪音干扰，故通过响度检测的托辊声音还夹杂有其它干扰噪音的响度，即托辊故障声音容易被其它噪音所掩蔽，导致托辊的故障检测不够精确，同时由于托辊的制造厂家不同、运行工况各异，外部噪音的干扰，故也很难设定合理的预设响度的声音阈值。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的输送机故障检测方式利用检测托辊产生声音的响度识别该托辊的故障，由于检测的声音信号易受到其它设备的噪音干扰，导致托辊的故障检测不够精确。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供一种输送机的故障识别方法，所述输送机包括输送带和支撑所述输送带的托辊，包括如下步骤：

采集所述输送机的周围环境的声音信号；

在所述周围环境的声音信号中提取周期性音频信号；

根据所述周期性声音信号识别在预设频率内的音频特征；

根据所述音频特征识别所述托辊的故障。

可选地，在所述根据所述音频特征识别所述托辊的故障的步骤之后还包括：

识别所述托辊的故障位置；

对所述故障位置发出报警信号。

可选地，所述识别所述托辊的故障位置包括：

采集所述托辊的第一声音信号和第二声音信号；

分别获取所述第一声音信号的第一接收声压级和第二声音信号的第二接收声压级；

根据计算所述第一接收声压级与所述第二接收声压级的差值，识别所述托辊的故障位置。

可选地，所述预设频率为20kHz-200kHz。

可选地，所述的故障识别方法，还包括：

采集所述输送带偏离预设位置的视频信号；

根据所述视频信号识别所述输送带偏离预设位置的距离；

如果所述输送带发生跑偏，则向外发出报警信号。

可选地，所述的故障识别方法，还包括：

采集所述输送带表面的温度信号；

根据所述温度信号识别所述输送带的表面温度；

如果所述输送带的表面温度异常，则向外发出报警信号。

本发明实施例提供一种输送机的故障识别装置，包括：

第一采集模块，用于采集所述输送机的周围环境的声音信号；

提取模块，用于在所述周围环境的声音信号中提取周期性音频信号；

第一识别模块，用于根据所述周期性声音信号识别在预设频率内的音频特征；

第二识别模块，用于根据所述音频特征识别所述托辊的故障。

可选地，所述的故障识别装置，还包括：

第三识别模块，用于识别所述托辊的故障位置；

第一报警模块，用于对所述故障位置发出报警信号。

本发明实施例提供一种输送机的故障识别系统，用于所述的故障识别方法，包括：

第一声音传感器，用于采集所述托辊的声音信号；

控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现用于根据第一声音传感器采集所述输送机的周围环境的声音信号；在所述周围环境的声音信号中提取周期性音频信号；根据所述周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征；根据所述音频特征识别所述托辊的故障。

可选地，所述的故障识别系统，还包括：

第二声音传感器，用于采集所述托辊的第二声音信号，所述第二声音传感器与所述第一声音传感器位于同一直线上，且与所述第一声音传感器存在间距，所述第一声音传感器还可用于采集所述托辊的第一声音信号；

红外摄像头，用于采集所述输送带偏离预设位置的视频信号；

温度传感器，用于采集所述输送带表面的温度信号；

RFID识别器，用于识别RFID电子标签记录的不同位置信息；

报警器，用于对不同故障向外发出报警信号。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种输送机的故障识别方法、装置及系统，其中输送机的故障识别方法，输送机包括输送带和支撑输送带的托辊，包括如下步骤：采集输送机的周围环境的声音信号；在周围环境的声音信号中提取周期性音频信号；根据周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征；根据音频特征识别托辊的故障。本发明可以在预设频率内通过音频特征快速识别出输送机的托辊故障，可避免其它干扰噪音，同时还可以替代人工进行自动检测输送机的输送带跑偏故障以及输送带表面的温度异常故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中输送机的故障识别方法的第一流程图；

图2为本发明实施例1中输送机的故障识别方法的第二流程图；

图3为本发明实施例1中输送机的故障识别方法的第三流程图；

图4为本发明实施例1中输送机的故障识别方法的第四流程图；

图5为本发明实施例2中输送机的故障识别装置的结构框图；

图6为本发明实施例2中第三识别模块的结构框图；

图7为本发明实施例3中输送机的故障识别系统的结构框图；

图8为本发明实施例3中控制器的硬件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种输送机的故障识别方法，输送机包括输送带和支撑输送带的托辊，输送机是输送带通过托辊进行运动，从而可以实现运送不同的物料。如图1所示，包括如下步骤：

S11、采集输送机的周围环境的声音信号。此处周围环境的声音信号为声音传感器接受范围内所有声音信号，其中包含了输送机正常运行的声音信号，周围环境发出的其它声音信号，以及故障托辊转动时发出的周期性高频声音信号,故该周围环境的声音信号是一个混合的声音信号。

S12、在周围环境的声音信号中提取周期性音频信号。此处的周期性声音信号指设备在固定转速下发出的周期性音频信号，例如：输送机在工作的过程中其电机转动，就会在特定频率下发出周期性连续的声音信号，然而周围环境的其它噪声没有在特定频率下发声，就不会产生周期性声音信号。故在周围环境的声音信号中提取周期性音频信号，便于在时域分析中，剔除非周期性信号，排除环境杂音造成的干扰。

S13、根据周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征。周期性音频信号为一组谐波信号，托辊发出的周期性故障信号也混在其中。此处的音频特征为在预设频率内的周期性声音信号，即托辊根据特定转速故障音频的频域特征，在谐波信号中识别故障频率，快速判断托辊是否存在故障。此处的预设频率为20kHz-200kHz，20kHz-200kHz的频率信号一般为高频信号，

在高频范围内的托辊声音信号在固定转速下，托辊的故障信号存在特定的频率值(范围)，而来自输送机的输送带摩擦托辊的声音不在20kHz-200kHz频率范围，故通过预设频率范围内的音频特征可以将输送机其它部位的声音信号给剔除，进而识别出托辊的故障，而不是依靠声音的大小判断托辊的声音，声音的大小不能准确识别托辊故障，故通过在特定频率范围内的音频特征识别托辊的故障较为准确。

S14、根据音频特征识别托辊的故障。在步骤S13的基础上，在20kHz-200kHz频率范围内确认了该频域内的托辊音频特征，故可以根据该音频特征得到托辊的故障。

本发明实施例中输送机的故障识别方法，在根据音频特征识别托辊的故障的步骤S14之后还包括：

S15、识别托辊的故障位置。确定了托辊所产生的声音，故需要根据该声音找出托辊发生故障的具体位置。如图2所示，识别托辊的故障位置的步骤S15包括：

S151、采集托辊的第一声音信号和第二声音信号。

S152、分别获取第一声音信号的第一接收声压级和第二声音信号的第二接收声压级。在物理学中，声波在单位时间内作用在与其传递方向垂直的单位面积上的能量，其大小可以用分贝表示。采集第一声音信号的第一声音传感器和采集第二声音信号的第二传感器的位置相同。例如：第一声音传感器获取第一声音信号的第一接收声压级，第二声音传感器获取第二声音信号的第二接收声压级,接收声压级较高的声音传感器，判定为距离托辊的故障点最近，接收声压级较低的声音传感器，判定为距离托辊的故障点较远，当两个声音传感器接收到的声音级一致，判定为托辊的故障点在巡测设备正下方。例如：第一声音传感器获取第一声音信号的第一接收声压级I₁＝60dB，第二声音传感器获取第二声音信号的第二接收时间I₂＝50dB,说明托辊故障点距离第一声音传感器的位置较近，托辊故障点距离第二声音传感器的位置较远。例如：第一声音传感器获取第一声音信号的第一接收声压级I₁＝40dB，第二声音传感器获取第二声音信号的第二接收声压级I₂＝70dB,说明托辊故障点距离第二声音传感器的位置较近，托辊故障点距离第一声音传感器的位置较远。例如：第一接收声压级I₁＝第二接收声压级I₂＝70dB，说明托辊故障点位于第一声音传感器与第二声音传感器的正下方。

S153、根据计算第一接收声压级与第二接收声压级的差值，识别托辊的故障位置。此处计算第一接收声压级与第二接收声压级的差值，主要是为了比较第一接收声压级与第二接收声压级的大小，进而判断托辊故障点的具体位置。例如：在输送带运行的托辊间间隔埋设RFID电子标签，该RFID电子标签记录了不同位置的信息，或在巡检设备的运行轨道间间隔埋设RFID电子标签，RFID电子标签可记录不同位置的信息，而巡检设备的运行轨道是与输送机平行设置，故可以检测出托辊的不同位置，进而可以根据两声音信号接收声压级的差值，识别出托辊发生故障的确切位置。

S16、对故障位置发出报警信号。识别出了托辊的故障，为了提醒外界管理人员及时获知消息，便于快速对发生故障的位置及时进行维修，因此可以通过设置报警器对外发出报警信号。

本发明实施例中的输送机的故障识别方法，如图3所示，还包括：

S31、采集输送带偏离预设位置的视频信号。此处的预设位置为通过在输送机的中间架上标定输送带的相对位置关系，由于输送带长时间输送物料，会出现偶尔跑偏的问题，故可以通过红外摄像头采集视频信号。

S32、根据视频信号识别输送带偏离预设位置的距离。通过视频图像进行识别输送带相对于预设位置的跑偏范围，进而识别出输送带的跑偏故障。

S33、如果输送带发生跑偏,则向外发出报警信号。如果通过视频图像发现输送带发生了跑偏，则通过报警器及时向外发出报警信号，为了提示外界管理人员及时派遣维修人员进行故障维修。

本发明实施例中输送机的故障识别方法，如图4所示，还包括：

S41、采集输送带表面的温度信号。由于运输物料可能发生自燃，故需要检测输送带表面的温度是否接近着火点，以免输送带发生着火现象造成不可避免的事故，所以通过温度传感器检测输送带表面的温度很必要。

S42、根据温度信号识别输送带的表面温度是否异常。输送带表面的温度为输送带和输送带输送物料的共同温度。例如：温度传感器采集到输送带表面的温度为20℃，说明输送带表面的温度不是特别的热，如果温度传感器采集到输送带表面的温度为60℃，说明输送带表面的温度还是比较热的，如果温度传感器采集到输送带表面的温度为120℃，说明输送带表面的温度过高，容易出现着火现象。

S43、如果输送带的表面温度异常,则向外发出报警信号。此处的异常可以是比输送带在正常工作情况的温度高，例如：如果检测的温度过高且超过一个正常阈值的温度，可以设置报警器对外进行报警，及时提醒外界管理人员需要引起注意，以免温度过高发生着火的现象。

本发明实施例中输送机的故障识别方法，可以在预设高频区域内识别出托辊发生故障的音频信号，进而快速识别出托辊的故障，并且可以排除其它周围环境的干扰噪声，显著提高检测精度，同时还可以检测输送带跑偏故障和温度异常故障，故可以替代人工自动完成输送机的故障检测，提高了输送机故障的检测效率。

实施例2

本发明实施例提供一种输送机的故障识别装置，如图5所示，包括：

第一采集模块51，用于采集输送机的周围环境的声音信号；

提取模块52，用于在周围环境的声音信号中提取周期性音频信号。

第一识别模块53，用于根据周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征。

第二识别模块54，用于根据音频信号识别托辊的故障。

本发明实施例提供的输送机的故障识别装置，还包括：

第三识别模块55，用于识别托辊的故障位置。

第一报警模块56，用于对故障位置发出报警信号。

本发明实施例中输送机的故障识别装置，如图6所示，所述第三识别模块55包括：

采集子模块551，用于采集托辊的第一声音信号和第二声音信号。

获取子模块552，用于分别获取第一声音信号的第一接收声压级和第二声音信号的第二接收声压级。

识别子模块553，用于根据计算第一接收声压级与第二接收声压级的差值，识别托辊的故障位置。

本发明实施例中输送机故障识别装置，预设频率为20kHz-200kHz。

本发明实施例中输送机故障故障识别装置，如图5所示，还包括：

第二采集模块57，用于采集输送带偏离预设位置的视频信号。

第四识别模块58，用于根据视频信号识别输送带偏离预设位置的距离。

第二报警模块59，如果输送带发生跑偏则向外发出报警信号。

本发明实施例中的输送机的故障识别装置，如图5所示，还包括：

第三采集模块60，用于采集输送带表面的温度信号。

第五识别模块61，用于根据温度信号识别输送带的表面温度是否异常。

第三报警模块62，用于如果输送带的表面温度异常，则向外发出报警信号。

本发明实施例中输送机的故障识别装置，可以在预设高频区域内识别出托辊发生故障的音频信号，进而快速识别出托辊的故障，并且可以排除其它周围环境的干扰噪声，显著提高检测精度，同时还可以检测输送带跑偏故障和温度异常故障，故可以替代人工自动完成输送机的故障检测，提高了输送机故障的检测效率。

实施例3

本发明实施例提供一种输送机的故障识别系统，用于实施例1中的输送机的故障识别方法，如图7所示，包括：

第一声音传感器71，用于采集托辊的声音信号。第一声音传感器71用于检测20kHz-200kHz的声音信号，第一声音传感器71可通过检测频率信号识别输送机托辊的故障。

如图8所示，控制器73包括存储器820、处理器810及存储在存储器820上并可在处理器810上运行的计算机程序，处理器810执行程序时实现用于根据第一声音传感器71采集输送机的周围环境的声音信号；在周围环境的声音信号中提取周期性音频信号；根据周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征；根据音频特征识别托辊的故障。图8是本发明实施例提供的执行列表项操作的处理方法的输送机的故障识别系统的硬件结构示意图，如图8所示，该输送机的故障识别系统包括一个或多个处理器810以及存储器820，图8中以一个处理器810为例。

执行列表项操作的处理方法的设备还可以包括：采集装置830。

处理器810、存储器820、采集装置830可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

处理器810可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器810还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明实施例中输送机的故障识别系统，在图7中，还包括：

第二声音传感器72，用于采集托辊的第二声音信号，第二声音传感器72与第一声音传感器71位于同一直线上，且与第一声音传感器71存在间距，第一声音传感器71还可用于采集托辊的第一声音信号。设置第二声音传感器72为了与第一声音传感器71配合得到二者接收声音信号的声压级差，进而确定托辊发生故障的确切位置，第二声音传感器72也可以检测20kHz-200kHz的声音信号，第一声音传感器71与第二声音传感器72可前后配置，二者位于同一直线上，且二者之间存在间距为了得到二者声音信号的差异，进而得到托辊发生故障的具体位置。

红外摄像头74，用于采集输送带偏离预设位置的视频信号。由于输送带长时间输送物料，会出现偶尔跑偏的问题，故通过识别出输送带的跑偏故障使得输送机能够正常工作，一般通过在输送机的中间架上标定输送带的相对位置关系，然后通过红外摄像头74进行识别出输送带的跑偏故障，之所以设置红外摄像头74，是因为即使在黑夜中、廊道中(低照度)也能清楚地拍摄出输送带跑偏的范围。

温度传感器75，用于采集输送带表面的温度信号。此处的温度传感器75为非接触式温度传感器，即其无需与输送带接触就可以检测出输送带表面的温度，由于运输物料可能发生自燃，故需要检测输送带表面的温度是否接近着火点，以免输送带发生着火现象造成不可避免的事故，所以通过温度传感器75检测输送带表面的温度很必要。

RFID识别器76，用于识别RFID电子标签记录的不同位置信息。RFID电子标签可以间隔设置在输送机的故障识别系统的运行轨道上，该运行轨道与输送机的输送带平行，故RFID识别器76可以读取RFID电子标签记录的位置信息，或者可以直接将RFID电子标签间隔设置在支撑输送带托辊间，故RFID电子标签可以记录不同的托辊位置信息，RFID识别器76便于快速得到托辊的故障位置。

报警器77，用于对不同故障向外发出报警信号。报警器77可在输送机发生故障后，针对故障及时提醒外界的管理人员以便对故障进行及时维修。此处的报警器77可以通过语音报警器以声音进行报警，也可以通过发光二极管以光亮进行报警。

本发明实施例中的输送机的故障识别系统，用于实施例中的输送机故障识别方法中，可以在预设频率内通过音频信号快速识别出输送机的托辊故障，可避免其它干扰噪音，同时还可以替代人工进行自动检测输送机的输送带跑偏故障以及输送带表面的温度异常故障。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种输送机的故障识别方法，所述输送机包括输送带和支撑所述输送带的托辊，其特征在于，包括如下步骤：

采集所述输送机的周围环境的声音信号；

在所述周围环境的声音信号中提取周期性音频信号，所述周期性音频信号为在固定转速下发出的周期性音频信号；

根据所述周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征；

根据所述音频特征识别所述托辊的故障。

2.根据权利要求1所述的故障识别方法，其特征在于，在所述根据所述音频特征识别所述托辊的故障的步骤之后还包括：

识别所述托辊的故障位置；

对所述故障位置发出报警信号。

3.根据权利要求2所述的故障识别方法，其特征在于，所述识别所述托辊的故障位置包括：

采集所述托辊的第一声音信号和第二声音信号；

分别获取所述第一声音信号的第一接收声压级和第二声音信号的第二接收声压级；

根据计算所述第一接收声压级与所述第二接收声压级的差值，识别所述托辊的故障位置。

4.根据权利要求1所述的故障识别方法，其特征在于，所述预设频率为20kHz-200kHz。

5.根据权利要求1所述的故障识别方法，其特征在于，还包括：

采集所述输送带偏离预设位置的视频信号；

根据所述视频信号识别所述输送带偏离预设位置的距离；

如果所述输送带发生跑偏，则向外发出报警信号。

6.根据权利要求1所述的故障识别方法，其特征在于，还包括：

采集所述输送带表面的温度信号；

根据所述温度信号识别所述输送带的表面温度是否异常；

如果所述输送带的表面温度异常，则向外发出报警信号。

7.一种输送机的故障识别装置，所述输送机包括输送带和支撑所述输送带的托辊，其特征在于，包括：

第一采集模块，用于采集所述输送机的周围环境的声音信号；

提取模块，用于在所述周围环境的声音信号中提取周期性音频信号，所述周期性音频信号为在固定转速下发出的周期性音频信号；

第一识别模块，用于根据所述周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征；

第二识别模块，用于根据所述音频特征识别所述托辊的故障。

8.根据权利要求7所述的故障识别装置，其特征在于，还包括：

第三识别模块，用于识别所述托辊的故障位置；

第一报警模块，用于对所述故障位置发出报警信号。

9.一种输送机的故障识别系统，用于权利要求1-6任一项所述的故障识别方法，其特征在于，包括：

第一声音传感器，用于采集所述托辊的声音信号；

控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现用于根据第一声音传感器采集所述输送机的周围环境的声音信号；在所述周围环境的声音信号中提取周期性音频信号；根据所述周期性音频信号识别在预设频率内的音频特征；根据所述音频特征识别所述托辊的故障。

10.根据权利要求9所述的故障识别系统，其特征在于，还包括：

第二声音传感器，用于采集所述托辊的第二声音信号，所述第二声音传感器与所述第一声音传感器位于同一直线上，且与所述第一声音传感器存在间距，所述第一声音传感器还可用于采集所述托辊的第一声音信号；

红外摄像头，用于采集所述输送带偏离预设位置的视频信号；

温度传感器，用于采集所述输送带表面的温度信号；

RFID识别器，用于识别RFID电子标签记录的不同位置信息；

报警器，用于对不同故障向外发出报警信号。

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