CN109941700B - 输煤系统智能无人巡检系统 - Google Patents

Abstract

输煤系统智能无人巡检系统，包括基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台以及与其连接的胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统、胶带物料堆型识别和控制系统、落煤管堵料视觉诊断和控制系统、胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统、基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统、智能化煤场、煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人、基于噪声矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统、基于物联网技术的清扫器压力状态管理系统、基于物联网技术的齿轮和轴承振动检测系统、基于大数据分析的胶带输送效率评价系统、基于数据统计和分析的设备状态管理系统。本发明对整个输煤系统进行实时监测和控制，具有自我积累和学习能力，实现巡检系统的无人化、智能化。

Description

输煤系统智能无人巡检系统

技术领域

本发明涉及燃煤电厂输煤系统领域，具体涉及一种输煤系统智能无人巡检系统。

背景技术

燃煤电厂输煤系统是电厂安全生产的重要环节之一，燃煤电厂输煤系统普遍存在输送转运点粉尘大、落煤管物料堵塞、胶带跑偏、胶带撕裂、胶带输送出力低、栈桥冲洗频繁、设备腐蚀严重、能耗高、设备冲击损伤严重以及噪音大等各种问题。

传统输煤系统的常见故障和问题包括：运行期间的问题包括胶带跑偏、落煤管堵料、胶带撕裂和表面损伤、扬尘、输送效率低等；设备故障包括卸船机和斗轮机机械故障、胶带机电机和减速机故障、托辊轴承故障、落煤管磨损、清扫器损坏等；安全问题主要发生在煤场作业、煤炭存储、运行巡检和设备检修期间，由于设备设备分散、旋转设备众多、作业环境差、视线差、故障分散，给运维和检修带来较大的安全隐患。

现有运维巡检问题包括：

(1)巡检方式大多数依靠人来完成，而现在电厂运维巡检人员有着平均年龄结构偏大、素质参差不齐、流动性大、培训手段落后等问题，并且配置的巡检工具简单，因而产生了设备缺陷的发生及判断不及时、不准确；

(2)辅助巡检系统的技术设备智能化程度不足或缺乏，如：

a、现有输煤系统的跑偏传感器、堵煤传感器和防撕裂传感器等都是非数字传感器，输出的均为开关量，无法通过获取的故障信号给出故障诊断，受恶劣运行环境的影响，跑偏传感器、堵煤传感器和防撕裂传感器要么误报、要么故障率高，维护频繁；

b、现有输煤系统视频监控系统也只能反映现场局部的运行状况，对发生故障和事故的作业，仅仅限于运行人员通过观看视频图像进行分析和判断，系统不具备自我判断的功能；

c、现有输煤系统没有建立设备故障诊断和状态管理系统，基本是随坏随修、随坏随换，随机性强，带来极大的人力浪费，也给系统带来运行安全隐患；

基于上述现象及问题，现有的输煤系统设备和巡检系统智能化程度不足，已有的技术已经不满足市场的需求，并且大多数都是单个系统单个控制，没有形成完整的输煤系统巡检系统，以至于输煤系统运维巡检信息不完整、管控不全面、工作效率低，因此，建立一套完整的输煤系统智能无人巡检系统尤为迫切。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有输煤系统存在的上述不足，提供一种输煤系统智能无人巡检系统，利用三维虚拟现实和视频数据、传感器数据、运行信号和作业指令等相融合，融合人工智能、机器人、物联网和大数据等智慧化手段，解决输煤系统输送和存储领域涉及的安全、环保、节能、高效等问题，实现输煤系统的高效绿色输送和安全存储。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

输煤系统智能无人巡检系统，包括基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台，以及与所述基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台连接的：

胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统，用于诊断和纠偏胶带输送过程中的跑偏问题；

胶带物料堆型识别和控制系统，用于判断胶带是否重载、过载和偏载，控制调节挡板及胶带受料前的姿态，实现料点对中(可与胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统配套使用)；

落煤管堵料视觉诊断和控制系统，用于判断落煤管是否发生堵料，同时根据控制阀值指导和控制煤量；

胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统，用于判断和分析落料点异物贯穿性纵向撕裂、异物非贯穿性撕裂、落料点冲击和导料槽密封卡料造成胶带工作面损伤、托辊故障造成非贯穿性撕裂损伤、跑偏造成的胶带边缘损伤、清扫器卡塞异物造成胶带工作面损伤、以及头部异物卡塞造成胶带工作面损伤所有胶带损伤问题；

基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统，用于判断输送的煤种扬尘状况，同时根据灰度的变化设定阀值，控制除尘设备(除尘器、水喷雾等)的运行；

智能化煤场，用于监测和控制封闭煤场；

煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人，用于对作业设备进行跟踪巡检，准确识别发生的故障，指导和控制其运行和检修；

基于噪声矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统，用于判断轴承的早期故障，从而判断托辊是否失效；

基于物联网技术的清扫器压力状态管理系统，采用预应力传感器，用于科学指导清扫器的压力大小、科学评价清扫器使用寿命，对清扫器运行状态进行监测和指导维护；

基于物联网技术的齿轮和轴承振动检测系统，用于判断滚动轴承和齿轮的运行状态(正常或故障)，并判断出滚动轴承故障发生的部位和故障程度；

基于大数据分析的胶带输送效率评价系统，用于结合大数据分析方法通过胶带跑偏、瞬时体积、堆型数据分析，对胶带输送效率作出综合评价；

基于数据统计和分析的设备状态管理系统，用于综合管理设备的运行状态、故障管理、故障分析、检修记录、寿命评级以及经济性评价信息；

所述的基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台，用于根据现有输煤系统的CAD平面图纸，结合实地考察和激光点云扫描手段准确构建全厂的虚拟三维空间，通过在虚拟三维空间构建符合实际输煤系统的坐标体系，结合采集的视频信号、传感器信号、作业信号、定位数据、机器人巡检数据以及作业指令融合，远程控制整个输煤系统的运维巡检。

按上述方案，所述的胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统，包括第一高清摄像机、第一参照背板、电动槽型上纠偏器、电动反V双筒下纠偏器和PID数据处理器，第一高清摄像机用于通过对胶带和第一参照背板之间的明显色差特征准确判定胶带的边缘特征和位置，以及根据不同带宽建立的虚拟跑偏量特征表准确判断胶带的实时跑偏量，并结合机器视觉检测技术，实时反馈胶带跑偏位移，通过PID数据处理器控制电动槽型上纠偏器和电动反V双筒下纠偏器实现校正胶带偏移。

按上述方案，所述的胶带物料堆型视觉识别和控制系统，包括第一高清摄像机和十字线性激光发生器，胶带物料堆型识别和控制系统利用第一高清摄像机和十字线性激光发生器对转运点物料在带式输送机胶带上的堆型进行识别，判断物料是否对中，并判断物料的瞬时体积流量，并与基于胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统配套，实现对弧形头部集流导流装置的控制或者对胶带受料前的姿态调整。

按上述方案，所述的落煤管堵料视觉诊断和控制系统，包括第一高清摄像机，落煤管堵料视觉诊断和控制系统利用第一高清摄像机对进入转运站落煤管前后胶带上物料的实时断面体积进行判断和计算，通过设置单位时间内胶带上通过的物料的重量进行比对，来判断落煤管是否发生堵料现象。

按上述方案，所述的胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统，包括胶带撕裂诊断系统和胶带缺陷视觉诊断系统，其中胶带撕裂诊断系统包括线阵相机对胶带和第二参照背板，线阵相机对胶带和第二参照背板用于对落料点异物贯穿性纵向撕裂进行判断，通过机器视觉检测胶带两侧边沿之间的距离来实时判断胶带是否发生了纵向撕裂重叠现象；胶带缺陷视觉诊断系统包括落料点异物非贯穿性撕裂，落料点冲击和导料槽密封卡料造成胶带工作面损伤，托辊故障造成非贯穿性撕裂损伤，跑偏造成的胶带边缘损伤、清扫器卡塞异物造成胶带工作面损伤、以及头部异物卡塞造成胶带工作面损伤所有胶带损伤问题的在线巡检和诊断单元。

按上述方案，所述的基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统，包括白色聚四氟乙烯背板、第二高清摄像机和除尘设备，白色聚四氟乙烯背板安装在导料槽出口两侧部位，第二高清摄像机用于识别白色聚四氟乙烯背板灰度的变化，来判断输送的煤种扬尘状况，根据灰度的变化设定阀值，控制除尘设备(除尘器、水喷雾等)的运行。

按上述方案，所述的智能化煤场，包括盘煤巡检机器人、斗轮机无人值守系统、人员和设备定位系统和斗轮机故障诊断系统，盘煤巡检机器人包括盘煤、煤场煤温监测系统、视频监控系统、可燃气体和烟雾传感系统，用于监测和控制封闭煤场的温度、粉尘浓度、有害气体、可燃气体、煤场进出煤状态、动态存贮情况、现场燃煤信息；斗轮机无人值守系统建立数字化堆场信息，配置全面监控设备，实现斗轮机的自动化控制；人员和设备定位系统用于精确定位人员和设备；斗轮机故障诊断系统用于提取设备状态的特征信号(如振动、压力、温度等)，然后从检测到的特征信号中提取征兆，最后根据征兆和其它诊断信息来识别设备状态，完成故障诊断，并判断出故障发生的部位和故障程度(总体来说，智能化煤场用于监测和控制封闭煤场的人、机、料、法、环五个重要因素)。

按上述方案，所述的煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人，包括双光球机(高清白光和红外摄像)、无线通讯系统、粉尘探测器、双轮驱动单元、电源管理单元、内置充电单元、编码器/RFID定位和校准装置(精度0.01米)，双光球机和粉尘探测器用于对煤仓间和汽车卸煤槽区域的作业设备进行跟踪巡检，配合图像识别技术准确对发生的故障进行识别，指导和控制作业设备运行和检修。

按上述方案，所述的基于噪音矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统，包括集定向拾音器、发光二极管于一体的巡检元件，安装在胶带机两侧，每20米左右安装一个；基于噪音矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统利用声源定位和仿真技术实现托辊和滚筒运行时轴承产生的噪音进行分析，判断轴承的早期故障。

按上述方案，所述的基于物联网技术的齿轮和轴承振动检测系统，包括探针、磁座、传感器、便携式数据采集仪、通讯线和计算机，传感器与探针或磁座连接，同时传感器通过磁座或探针吸附到被测设备的测点上，计算机中安装有振动数据采集器软件和滚动轴承及齿轮故障诊断软件，便携式数据采集仪通过通讯线与计算机连接，便携式数据采集仪用于轴承、齿轮振动信号的采集与传输；振动数据采集器软件用于便携式数据采集仪的测点路径设置和所测数据、波形的上传和回收；滚动轴承及齿轮故障诊断软件用于分析所采集数据并诊断滚动轴承和齿轮的故障情况。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、充分考虑输配煤系统的特殊作业环境：环境恶劣、粉尘大、潮湿、可见度差、设备分散等因素，数据的采集以图像识别和机器视觉为主要的硬件条件，通过采用特殊补充光源和更高性能的比对仪表，来搭建管理环境；通过图像识别来完成故障诊断、报警、控制和运行管理；

2、输煤系统智能无人巡检系统建设就是先实现数据的采集，并在数据采集建立大数据的基础上进行智能模型的建立，实现控制和数据之间的关联，通过系统的设计，让系统逐步具有自我学习、自我判断和深度学习的功能，提高系统的智能化运行水平；

3、基于机器视觉应用系统、大数据应用和人工智能技术，基于物联网技术(IOT)进行数据的采集和传输，完成的基于图像识别和机器视觉技术的输配煤系统智能化运维和无人巡检系统是未来电站智慧化建设必不可少的组成部分，输配煤系统智能化运维和无人巡检系统的应用能显著降低人力成本、提高生产效率、提高设备寿命、降低厂用电，带来显著的经济效益和社会效益；

4.本发明建立一套整个输煤系统的巡检系统，对整个输煤系统设备进行实时监测和控制，通过巡检系统的数据采集、数据分析、故障诊断、故障处理以及系统自我积累和学习能力，解决输煤系统输送和存储领域涉及的安全、环保、节能、高效等问题，运维人员可以在基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台远程监测和控制整个输煤系统，实现整个输煤系统巡检系统真正的无人化、智能化。

附图说明

图1为本发明输煤系统智能无人巡检系统的结构示意图；

图2是本发明部分系统的结构示意图；

图中，21第一高清摄像机，22第一参照背板，23电动槽型上纠偏器，24电动反V双筒下纠偏器，31十字线性激光发生器，51线阵相机，52第二参照背板，61白色聚四氟乙烯背板，62第二高清摄像机，63除尘设备。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明输煤系统智能无人巡检系统，包括基于三维虚拟场景和视频图片等数据相结合的智能运维巡检管理平台、连接于基于三维虚拟场景和视频图片等数据相结合的智能运维巡检管理平台的胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统、胶带物料堆型识别和控制系统、落煤管堵料视觉诊断和控制系统、胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统、基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统、智能化煤场、煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人、基于噪声矩阵分析和仿真的托辊状态诊断系统、基于物联网技术清扫器压力状态管理系统、基于物联网技术齿轮和轴承振动检测、基于大数据分析的胶带输送效率评价系统、基于数据统计和分析的设备状态管理系统。

基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台，管理整个输煤系统巡检系统的运作，根据现有输煤系统的CAD平面图纸，结合实地考察和激光点云扫描手段准确构建全厂的虚拟三维空间，通过在虚拟三维空间构建符合实际输煤系统的坐标体系，结合采集的视频信号、传感器信号、作业信号、定位数据、机器人巡检数据以及作业指令融合，远程控制整个输煤系统的运维巡检，实现输煤系统无人巡检、智能运行和高效绿色作业，提高输煤系统的安全运行水平。

如图2所示，胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统，包括第一高清摄像机21、参照背板22、电动槽型上纠偏器23、电动反V双筒下纠偏器24和PID数据处理器，第一高清摄像机21用于通过对胶带和参照背板22之间的明显色差特征准确判定胶带的边缘特征和位置，以及根据不同带宽建立的虚拟跑偏量特征表准确判断胶带的实时跑偏量，并结合机器视觉检测技术，实时反馈胶带跑偏位移，通过PID数据处理器控制电动槽型上纠偏器23和电动反V双筒下纠偏器24实现校正胶带偏移。胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统具有以下特点：

胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统，通过第一高清摄像机21对胶带和参照背板之间的明显色差特征准确判定胶带的边缘特征和位置，以及不同带宽建立的虚拟跑偏量特征表准确判断胶带的实时跑偏量，并利用PID控制技术，机器视觉检测和实时反馈跑偏位移，通过PID数据处理控制电动纠偏装置实现校正胶带偏移。同时可以通过同一胶带多个点采集的跑偏数据，对胶带跑偏的原因进行分析，给出故障诊断。系统具有以下特点：

(1)可用于料场地面胶带；

(2)可用于卸船机地面胶带；

(3)可用于垂拉张紧处，摄像头同时可以判断有无严重积粉，避免自燃；

(4)可以形成胶带跑偏专家诊断系统，通过同一胶带多个点采集的跑偏数据，对胶带跑偏的原因进行分析，给出故障诊断；

(5)可同其他图像识别构成智能网络；

(6)适合巡检机器人对胶带跑偏的识别；

(7)胶带跑偏AI识别终端；

(8)输出网络数字信号，信号不需要经过PLC处理，为未来输煤系统运行采用DCS和总线技术替代现有输煤程控打下基础。

胶带物料堆型视觉识别和控制系统，包括第一高清摄像机21和十字线性激光发生器31，胶带物料堆型识别和控制系统利用第一高清摄像机21和十字线性激光发生器31(机器视觉)对转运点物料在带式输送机胶带上的堆型进行识别，判断物料是否对中，并判断物料的瞬时体积流量，胶带重载跑偏是带式输送机运行时最易出现的故障，对胶带的损伤也最大，料点不正会诱发胶带跑偏，造成洒料，降低输送效率，通过料点是否对中指导运行和检修，在特殊转运环节，与基于胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统配套使用，通过对料点跑偏的信号判断来实现对调节挡板的控制或者对胶带受料前的姿态调整，从而实现料点对中；

落煤管堵料视觉诊断和控制系统，包括高清摄像机21，落煤管堵料视觉诊断和控制系统利用高清摄像机对进入转运站落煤管前后胶带上物料的实时断面体积进行判断和计算，通过设置单位时间内胶带上通过的物料的重量进行比对，来判断落煤管是否发生堵料现象，同时根据控制阀值指导和控制煤量。落煤管堵料视觉诊断和控制系统具有以下特点：

落煤管堵料视觉诊断和控制系统，用于利用图像识别方法对进入转运站落煤管前后胶带上物料的实时断面体积进行判断和计算，通过设置单位时间内胶带上通过的物料的重量进行比对，来判断落煤管是否发生堵料现象。系统具有以下特点：

(1)通过对比单位时间进入落煤管和下级胶带导料槽出口物料的体积，设定堵煤报警和停机控制的阀值，准确率高；

(2)出现故障后通过控制阀值报警、停机，直接弹出故障单位时间内的视频流比对画面，直观清晰；

(3)系统出现故障后，会通过记录煤质输送量等参数自我学习，会变得越来越智能；

(4)可以根据煤种和含水量指导运行，并协助运行和检修人员判断转运站设备可能存在的隐患点，做到及时维护；

(5)可以根据控制阀值来指导和控制运行，并接入现有输煤运行控制系统；

(6)运行稳定可靠，维护量小，后期可以通过软件不断升级；

(7)可以通过胶带跑偏、瞬时体积、堆型等数据分析，建立带式输送机输送效率评价系统。

胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统，包括胶带撕裂诊断系统和胶带缺陷视觉诊断系统，其中胶带撕裂诊断系统包括线阵相机51对胶带和第二参照背板52，线阵相机51对胶带和第二参照背板52利用图像跑偏识别对落料点异物贯穿性纵向撕裂进行判断，通过机器视觉检测胶带两侧边沿之间的距离来实时判断胶带是否发生了纵向撕裂重叠现象；胶带缺陷视觉诊断系统包括落料点异物非贯穿性撕裂，落料点冲击和导料槽密封卡料造成胶带工作面损伤，托辊故障造成非贯穿性撕裂损伤，跑偏造成的胶带边缘损伤、清扫器卡塞异物造成胶带工作面损伤、以及头部异物卡塞造成胶带工作面损伤所有胶带损伤问题的在线巡检和诊断单元，通过不同的方法、在不同的部位选择不同的视觉设备和合理的参照体系，来进行视觉和图像识别。胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统具有以下特点：

(1)识别板的自主清扫；

(2)清扫器的预紧力调节；

(3)可以作为粉尘大小的辅助判断条件；

(4)摄像头的定期擦洗，可以设计雨刮器或压缩空气吹扫；

(5)软件升级，数据库完善，自我学习提升。

基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统，包括白色聚四氟乙烯背板61、第二高清摄像机62和除尘设备63，白色聚四氟乙烯背板61安装在导料槽出口两侧部位，第二高清摄像机62识别白色聚四氟乙烯背板61灰度的变化，来判断输送的煤种扬尘状况，根据灰度的变化设定阀值，控制除尘设备63(除尘器、水喷雾等)的运行。同时，通过建立煤种、煤种含水量和白色聚四氟乙烯背板61灰度变化的关联关系，让系统进行自我积累和学习，最终自动找到除尘设备的最佳运行方式。基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统还可以通过白色聚四氟乙烯背板61灰度的变化，来指导粉尘的清理和栈桥的冲洗。

智能化煤场，包括盘煤巡检机器人、斗轮机无人值守系统、人员和设备定位系统和斗轮机故障诊断系统。

盘煤巡检机器人，包括盘煤、煤场煤温监测系统、视频监控系统、可燃气体和烟雾传感系统，在煤棚顶部两侧检修“马道”下方安装布置一条贯穿整个煤堆的行走轨道，携带激光扫描仪、红外/可见双波段测温装置，气体探测器、定位装置、无线通信AP等装置，在伺服电机驱动下沿轨道行走，完成盘煤、巡检作业；对储存褐煤等挥发份高的煤炭，特别是北方缺水地区，冬季寒冷地区(零下20度以下)以及机器人需要防爆设计的环境，盘煤巡检机器人需要采用分体式设计，盘煤机器人和巡检机器人独立设计，共轨行走；盘煤机器人和巡检机器人在同一轨道上运行，共用充电桩、共用地面数据收集站、在一个坐标体系进行数据管理，巡检机器人可以根据要求提高巡检频次，采用分体式设计后，电池容量也相应加大，保持长时间工作；盘煤机器人和巡检机器人均可以根据环境要求提供防爆设计结构。系统优点是无盲点、煤场表面温度数据能与煤场三维模型相匹配融合，形成三维温度分布图；事故点定位精确；白光高清摄像头可以根据要求规划巡检路径，并对重点区域进行拍照存档。

斗轮机无人值守系统，集成激光雷达、定位技术、高清网络数字监控系统等一系列当前先进技术和产品，建立数字化堆场信息，配置全面监控设备，实现斗轮机的自动化控制，可以大大提高斗轮机的安全运行效率与安全运行的稳定性，减少煤炭、矿石等散料的运转时间，减少斗轮机的操作人员，降低劳动成本，最终提高企业的经济效益和综合竞争力，同时也为散料转运料场的无人化、智能化控制打下坚实的基础。

人员和设备定位系统，采用UWB定位技术，精确定位人员及设备。UWB定位技术原理是将一定的封闭空间抽象成一个三维坐标体系，利用固定节点的坐标，通过采集移动节点与固定节点之间的距离，使用三维定位算法计算出移动节点的坐标，实现空间系统的相对精确定位。

斗轮机故障诊断系统，通过提取设备状态的特征信号(如振动、压力、温度等)，然后从检测到的特征信号中提取征兆，最后根据征兆和其它诊断信息来识别设备状态，从而完成故障诊断，并判断出故障发生的部位和故障程度。

煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人，包括双光球机(高清白光和红外摄像)、无线通讯系统、粉尘探测器、双轮驱动单元、电源管理单元、内置充电单元、编码器/RFID定位和校准装置(精度0.01米)，巡检机器人携带双光球机(高清白光和红外摄像)和粉尘探测器，可以对煤仓间和汽车卸煤槽区域的作业设备进行跟踪巡检，通过配合图像识别技术可以准确的对发生的故障进行识别，指导和控制作业设备运行和检修(汽车卸煤槽通常采用叶轮给煤机，该转运站往往位于地下作业区，作业环境差、设备故障率高，人员巡检难以保证安全可靠；而煤仓间作业区由于有很多犁式卸料器作业工位，设备较多，故障相对较多)。煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人具有以下特点：

(1)视觉识别，可以通过参照板判断跑偏、洒料、扬尘；

(2)可以跟随叶轮给煤机对其进行作业监控；

(3)可以跟随犁式卸料器进行监测。

基于噪音矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统，包括集定向拾音器、发光二极管于一体的巡检元件，安装在胶带机两侧，每20米左右安装一个；基于噪音矩阵和仿真分析的托辊故障诊断系统利用声源定位和仿真技术实现托辊和滚筒运行时轴承产生的噪音进行分析，可以判断轴承的早期故障，从而判断托辊是否失效，因输煤系统的托辊失效大多数是从轴承失效开始的。基于噪音矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统利用跑偏监测摄像头供电和同步传输数据，可以实现以下功能：

(1)用于胶带启动前的警示，胶带启动前对应的发光二极管闪烁，比启动前的铃声警示更有针对性；

(2)胶带启动后发光二极管可以关闭，定向拾音器监测实时托辊噪声；

(3)对托辊失效产生的噪声进行波段分析，作为后台处理的依据；

(4)发现噪声异常后，可以定位相对区间位置，便于更换和检修；

(5)选择通过就近的摄像供电和数据传输。

基于物联网技术的清扫器压力状态管理系统，包括预应力传感器，预应力传感器基于物联网技术(IOT)对清扫器的压力大小给予科学的指导、对使用寿命进行科学的评价、对运行状态进行监测和指导维护(清扫器的使用由于没有国家标准，对刮刀和胶带的压力没有标准，压紧后使用寿命下降，压力不够则很难清扫干净，造成目前用户对清扫器的选用、效果和经济性缺乏评价依据)。

所述的基于物联网技术的齿轮和轴承振动检测系统，包括探针、磁座、传感器、便携式数据采集仪、通讯线和计算机，传感器与探针或磁座连接，同时传感器通过磁座或探针吸附到被测设备的测点上，计算机中安装有振动数据采集器软件和滚动轴承及齿轮故障诊断软件，便携式数据采集仪通过通讯线与计算机连接，便携式数据采集仪用于轴承、齿轮振动信号的采集与传输；振动数据采集器软件用于便携式数据采集仪的测点路径设置和所测数据、波形的上传和回收；滚动轴承及齿轮故障诊断软件，用于分析所采集数据并诊断滚动轴承和齿轮的故障情况，判断滚动轴承和齿轮的运行状态(正常或故障)，并判断出滚动轴承故障发生的部位和故障程度。传感器与被测元件有两种接触方式，一种是磁座吸附式接触，一种是探针式接触，两种接触方式中以磁座吸附式所测信号良好，探针式接触主要用于接触表面狭窄或有沟槽时；将磁座或探针与传感器连接，将被测设备的测点表面清理干净，再将传感器通过磁座或探针吸附到被测设备的测点上，数据采集后经由振动数据采集器软件和通讯线将数采仪中的数据回收到计算机中，最后滚动轴承及齿轮故障诊断软件对所采集数据进行分析。

基于大数据分析的胶带输送效率评价系统，用于结合大数据分析方法通过对胶带跑偏、瞬时体积、堆型等数据分析，对胶带输送效率做出综合评价。

基于数据统计和分析的设备状态管理系统，根据各种终端传感器采集的设备状态信号，利用物联网技术，建立输煤系统设备全寿命周期的状态管理系统，包括设备的运行状态、故障管理、故障分析、检修记录、寿命评级以及经济性评价系统。

输煤系统智能无人巡检系统实施用于某电厂整个输煤系统，包括卸船作业线和上煤作业线共29条胶带，含圆形料场出煤共11个转运站，两台堆取料机和4台抓斗式卸船机，输煤系统智能无人巡检系统实施的主要范围见下表：

本发明利用虚拟技术和视觉控制技术相结合，通过三维驱动引擎加载系统三维模型，形成输煤系统运行、管控、巡检和检修管理新模式，提供直观真实的三维图形和与之相关的参数信息；利用工业机器视觉应用系统、大数据应用和人工智能技术，基于物联网技术(IOT)进行数据的采集和传输，形成完整的基于图像识别和机器视觉技术的输煤系统智能化无人巡检系统。采用适合输煤系统的AI终端系统，用于输配煤系统的智能巡检、设备状态的检测、运行状态的监测等；通过数字化传感器的应用，实现基于DCS和现场总线技术的输煤系统运行管理系统，建立基于大数据的设备故障预诊断和维修体系等。系统的完成将降低人力成本、提高生产效率、提高设备寿命、降低厂用电，带来显著的经济效益和社会效益。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来说，可根据本发明作出各种相应的更改和变型，而所有这些相应的更改和变型都属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，包括基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台，以及与所述基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台连接的：

胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统，用于诊断和纠偏胶带输送过程中的跑偏问题；

胶带物料堆型识别和控制系统，用于判断胶带是否重载、过载和偏载，控制调节挡板及胶带受料前的姿态，实现料点对中；

落煤管堵料视觉诊断和控制系统，用于判断落煤管是否发生堵料，同时根据控制阀值指导和控制煤量；

胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统，用于判断和分析落料点异物贯穿性纵向撕裂、异物非贯穿性撕裂、落料点冲击和导料槽密封卡料造成胶带工作面损伤、托辊故障造成非贯穿性撕裂损伤、跑偏造成的胶带边缘损伤、清扫器卡塞异物造成胶带工作面损伤、以及头部异物卡塞造成胶带工作面损伤问题；

基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统，用于判断输送的煤种扬尘状况，同时根据灰度的变化设定阀值，控制除尘设备的运行；

智能化煤场，用于监测和控制封闭煤场；

煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人，用于对作业设备进行跟踪巡检，准确识别发生的故障，指导和控制其运行和检修；

基于噪声矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统，用于判断轴承的早期故障，从而判断托辊是否失效；

基于物联网技术的清扫器压力状态管理系统，采用预应力传感器，用于科学指导清扫器的压力大小、科学评价清扫器使用寿命，对清扫器运行状态进行监测和指导维护；

基于物联网技术的齿轮和轴承振动检测系统，用于判断滚动轴承和齿轮的运行状态，并判断出滚动轴承故障发生的部位和故障程度；

基于大数据分析的胶带输送效率评价系统，用于结合大数据分析方法通过胶带跑偏、瞬时体积、堆型数据分析，对胶带输送效率作出综合评价；

基于数据统计和分析的设备状态管理系统，用于综合管理设备的运行状态、故障管理、故障分析、检修记录、寿命评级以及经济性评价信息；

所述的基于三维虚拟场景和视频数据相结合的智能运维巡检管理平台，用于根据现有输煤系统的CAD平面图纸，结合实地考察和激光点云扫描手段准确构建全厂的虚拟三维空间，通过在虚拟三维空间构建符合实际输煤系统的坐标体系，结合采集的视频信号、传感器信号、作业信号、定位数据、机器人巡检数据以及作业指令融合，远程控制整个输煤系统的运维巡检。

2.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统，包括第一高清摄像机、第一参照背板、电动槽型上纠偏器、电动反V双筒下纠偏器和PID数据处理器，第一高清摄像机用于通过对胶带和第一参照背板之间的明显色差特征准确判定胶带的边缘特征和位置，以及根据不同带宽建立的虚拟跑偏量特征表准确判断胶带的实时跑偏量，并结合机器视觉检测技术，实时反馈胶带跑偏位移，通过PID数据处理器控制电动槽型上纠偏器和电动反V双筒下纠偏器实现校正胶带偏移。

3.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的胶带物料堆型识别和控制系统，包括第一高清摄像机和十字线性激光发生器，胶带物料堆型识别和控制系统利用第一高清摄像机和十字线性激光发生器对转运点物料在带式输送机胶带上的堆型进行识别，判断物料是否对中，并判断物料的瞬时体积流量，并与基于胶带视觉跑偏诊断和纠偏系统配套，实现对弧形头部集流导流装置的控制或者对胶带受料前的姿态调整。

4.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的落煤管堵料视觉诊断和控制系统，包括第一高清摄像机，落煤管堵料视觉诊断和控制系统利用第一高清摄像机对进入转运站落煤管前后胶带上物料的实时断面体积进行判断和计算，通过单位时间内胶带上通过的物料的重量进行比对，来判断落煤管是否发生堵料现象。

5.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的胶带撕裂和胶带缺陷视觉诊断分析系统，包括胶带撕裂诊断系统和胶带缺陷视觉诊断系统，其中胶带撕裂诊断系统包括线阵相机、胶带和第二参照背板，线阵相机、胶带和第二参照背板用于对落料点异物贯穿性纵向撕裂进行判断，通过机器视觉检测胶带两侧边沿之间的距离来实时判断胶带是否发生了纵向撕裂重叠现象；胶带缺陷视觉诊断系统包括落料点异物非贯穿性撕裂、落料点冲击和导料槽密封卡料造成胶带工作面损伤、托辊故障造成非贯穿性撕裂损伤、跑偏造成的胶带边缘损伤、清扫器卡塞异物造成胶带工作面损伤、以及头部异物卡塞造成胶带工作面损伤问题的在线巡检和诊断单元。

6.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的基于视觉识别的转运站粉尘检测和控制系统，包括白色聚四氟乙烯背板、第二高清摄像机和除尘设备，白色聚四氟乙烯背板安装在导料槽出口两侧部位，第二高清摄像机用于识别白色聚四氟乙烯背板灰度的变化，来判断输送的煤种扬尘状况，根据灰度的变化设定阀值，控制除尘设备的运行。

7.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的智能化煤场，包括盘煤巡检机器人、斗轮机无人值守系统、人员和设备定位系统和斗轮机故障诊断系统，盘煤巡检机器人包括盘煤、煤场煤温监测系统、视频监控系统、可燃气体和烟雾传感系统，用于监测和控制封闭煤场的温度、粉尘浓度、有害气体、可燃气体、煤场进出煤状态、动态存贮情况、现场燃煤信息；斗轮机无人值守系统建立数字化堆场信息，配置全面监控设备，实现斗轮机的自动化控制；人员和设备定位系统用于精确定位人员和设备；斗轮机故障诊断系统用于提取设备状态的特征信号，然后从检测到的特征信号中提取征兆，最后根据征兆和其它诊断信息来识别设备状态，完成故障诊断，并判断出故障发生的部位和故障程度。

8.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的煤仓间和汽车卸煤槽区域巡检机器人，包括双光球机、无线通讯系统、粉尘探测器、双轮驱动单元、电源管理单元、内置充电单元、编码器/RFID定位和校准装置，双光球机和粉尘探测器用于对煤仓间和汽车卸煤槽区域的作业设备进行跟踪巡检，配合图像识别技术准确对发生的故障进行识别，指导和控制作业设备运行和检修。

9.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的基于噪声矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统，包括集定向拾音器、发光二极管于一体的巡检元件，安装在胶带机两侧，每20米左右安装一个；基于噪声矩阵分析和仿真的托辊故障诊断系统利用声源定位和仿真技术对托辊和滚筒运行时轴承产生的噪音进行分析，判断轴承的早期故障。

10.如权利要求1所述的输煤系统智能无人巡检系统，其特征在于，所述的基于物联网技术的齿轮和轴承振动检测系统，包括探针、磁座、传感器、便携式数据采集仪、通讯线和计算机，传感器与探针或磁座连接，同时传感器通过磁座或探针吸附到被测设备的测点上，计算机中安装有振动数据采集器软件和滚动轴承及齿轮故障诊断软件，便携式数据采集仪通过通讯线与计算机连接，便携式数据采集仪用于轴承、齿轮振动信号的采集与传输；振动数据采集器软件用于便携式数据采集仪的测点路径设置和所测数据、波形的上传和回收；滚动轴承及齿轮故障诊断软件用于分析所采集数据并诊断滚动轴承和齿轮的故障情况。

Images