一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置的製作方法
2023-07-12 12:25:51
專利名稱：一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置的製作方法
技術領域：
本發明一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，利用CXD紅外相機圖像檢測技術和可編程邏輯控制器PLC相結合的檢測裝置，屬於煤礦企業輸送帶在線檢測技術領域。
背景技術：
在煤礦企業生產過程中，輸送帶縱向撕裂是帶式輸送機三大災害之一，由於鋼絲芯輸送帶單體長度都比較長，如果發生縱向撕裂不能及時發現，就有可能造成整條輸送帶報廢，損失嚴重。目前國內外輸送帶縱向撕裂檢測方法很多，有輸送機異常電流檢測法，導電體嵌入皮帶檢測法，託輥受力異常檢測法，無線發射傳感檢測法。但這些檢測方法存在以下問題檢測方法不成熟，實時性差，中間環節多，造價高；採用機械裝置動作可靠性低，誤動作次數太多，無法正常組織生產。本發明是具有在線實時監測預警或停車、準確定位撕裂位置和估算撕裂長度的裝置。本裝置採用C⑶紅外相機圖像檢測技術和可編程邏輯控制器 PLC相結合的在線監測技術，不僅可以達到實時性，同時實現系統集成和故障預測。
發明內容
本發明一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其目的在於解決上述現有檢測手段可靠性差、實時性差的問題，從而公開一種基於CXD紅外相機圖像檢測技術和可編程邏輯控制器PLC相結合的輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置。本發明一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於該輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置包含(XD紅外相機1、防爆護罩2、防爆雲臺3、密封艙4、冷光源5、密封艙底座6、速度傳感器7、可編程邏輯控制器PLC 8、防爆聲光報警裝置9、輸出控制繼電器10、解碼器11、TCF-142-S RS485轉光纖模塊12、TCF-142-S光纖轉RS232模塊13、 VS-IE2001394信號轉光纖模塊14、VS-IE200光纖轉1394信號模塊15、防爆控制箱16、 MV-1394圖像採集卡17、上位機18、RS-232接口 19 ；所述的CXD紅外相機1位於防爆護罩2 內，安裝到離輸送帶20cm-30cm距離的正下方，該防爆護罩安裝在位於密封艙底座6上的防爆雲臺3上，所述的防爆雲臺的內置解碼器11與TCF-142-S RS485轉光纖模塊12連接，經過光纖再連接到TCF-142-S光纖轉RS232模塊13後與上位機18的RS-232接口 19通信， 所述的CXD紅外相機1為MV-VS200FM/C系列1394接口的高解析度工業數字CXD相機，該 CXD紅外相機輸出的信號經過VS-IE2001394信號轉光纖模塊14轉換後經光纖傳輸到中控室的VS-IE200光纖轉1394信號模塊15，再將轉換後的圖像信號通過MV-1394圖像採集卡 17傳送到上位機18，當檢測到有輸送帶撕裂後上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8通信， PLC控制防爆聲光報警裝置9報警或控制輸出控制繼電器10常閉觸點斷開緊急停車，所述的速度傳感器7安裝在輸送機主軸上，其輸出的信號經過位於防爆控制箱16內的可編程邏輯控制器PLC 8分析處理後傳到上位機18來計算皮帶運行速度，所述的上位機18是安裝 Visual C++與Matlab軟體的普通計算機，所述的密封艙4與冷光源5為抗幹擾補償裝置。上述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的在輸送帶下方安裝的CXD紅外相機1採集輸送帶圖像，通過圖像採集卡17進入帶有圖像處理軟體的上位機 18，通過上位機軟體對比處理過的圖像特徵，實現輸送帶表面裂紋與撕裂圖像進行識別並計算裂紋長度，根據設定的裂紋長度閾值，上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8通信進行報警或停車，並通過速度傳感器7檢測計算故障點距監測點的距離，為了抗幹擾使用密封艙4封閉裝置檢測區域，採用冷光源5補光，保證及時準確地檢測出輸送帶可能發生的撕裂事故。上述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的防爆護罩2、防爆雲臺3、速度傳感器7、聲光報警裝置9及各種電纜均為防爆設備，與可編程控制器PLC 8聯接的各種信號線、電源線及可編程邏輯控制器PLC 8、輸出控制繼電器9、TCF-142-S RS485 轉光纖模塊12、VS-IE200-S 1394信號轉光纖模塊14均安裝在防爆控制箱16內，防爆殼體按照國家煤礦安全標準GB3836. 2-2000設計，電氣部分採用符合《煤礦安全規程》要求的本安型國家標準GB3836. 4-2000設計，其主要技術指標為電源井上 220V 士 10% 50HZ井下 127V士 10% 50HZ信號傳輸距離PLC與上位機通信光纖傳輸40Km紅外CXD相機輸出信號光纖傳輸IKm工作溫度-20°C_60°C檢測準確率98%圖像檢測解析度彡1. 6mm成像幀頻30幀/s輸送帶寬度0. 6-2. 2m檢測輸送帶運行速度^ 6m/s。防爆標準GB3836. 2-2000 GB3836. 4-2000所述的一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的補償裝置中的用來為檢測裝置提供穩定明暗環境的密封艙4是由鋼板焊接而成的漏鬥體和矩形筒體聯接而成的採用四塊6mm厚的鋼板焊接而成的漏鬥體，漏鬥體上口徑 800-1800mmX800-1800mm，下口 徑 300_800mmX300_800mm，採用四塊 300-400mmX350-750mm的6mm厚的鋼板焊接成矩形筒體，將漏鬥體與矩形筒體焊接在一起，底面焊接一塊350-750mmX350-750mm的IOmm厚的鋼板作為密封艙底座6，在其裡面底座上安裝能夠控制帶有MV-VS200FM/C CXD紅外相機1的防爆護罩2的防爆雲臺3和冷光源5。上述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的上位機18圖像處理與分析軟體由Visual C++與Matlab混合編程，其流程為圖像採集卡17採集輸送帶運行情況的圖像到上位機18緩存中，Visual C++通過調用Matlab圖像處理工具箱的圖像處理函數，對採集的每幀輸送帶實時圖像進行二值化轉換，然後計算二值化後的圖像中撕裂區域像素點佔整個圖像像素點的比例，再根據所拍攝圖像區域實際面積的大小計算輸送帶撕裂部分的長度，該長度與預先設定的長度值進行比較後迅速做出故障判斷當該長度大於設定的需要報警長度值時，上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8進行串口通信控制聲光報警裝置9報警；當該長度大於設定的需要停車的長度值時，上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8進行串口通信控制輸出控制繼電器10緊急停車。本發明一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其優點在於1.利用速度傳感器7檢測輸送帶運行速度，速度傳感器7將其光電脈衝信號接入可編程邏輯控制器PLC 8，可編程邏輯控制器PLC 8對信號分析處理後傳入上位機18中，上位機18根據停機響應時間計算停機後皮帶撕裂位置與檢測裝置的距離，以便於煤礦工作人員快速組織檢修。2.針對皮帶機運行環境，本發明設計了補償裝置，密封艙4將檢測區域封閉起來， 使CXD紅外相機1能夠連續穩定地採集圖像；冷光源5為檢測的輸送帶的下表面提供足夠的照度，使C⑶紅外相機1能夠採集清晰的圖像，使該裝置能夠正常有效地進行工作，同時冷光源5與其他照明光源如白熾燈、LED燈、鈉光燈等熱光源相比，冷光源5把它的能量幾乎全部轉化為可見光了，其他波長的光很少，而熱光源除了有可見光外還有大量的紅外光， 相當一部分能量轉化為對照明沒有貢獻的紅外光了，採用冷光源5不對周圍環境產生高溫從而保證CXD紅外相機正常工作。
圖1為本發明一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置主視示意圖,圖2為本發明一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置右視示意圖, 圖3為本發明一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置結構框圖。1、C⑶紅外相機3、防爆雲臺5、冷光源7、速度傳感器9、防爆聲光報警裝置11、解碼器13、TCF-142 光纖 /RS232 模塊15、VS-IE200 光纖 /1394 信號轉換器17、MV_1394 圖像採集卡19、RS_232 接口
2、防爆護罩 4、密封艙 6、密封艙底座 8、可編程邏輯控制器PLC 10、輸出控制繼電器 12、TCF-142RS485/ 光纖模塊 14、VS-IE2001394信號/光纖轉換器 16、防爆控制箱 18、上位機
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施作如下詳述實施方式1 帶式輸送機輸送帶寬度在2m，輸送帶速度低於5m/s時，上述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置的工作過程為輸送帶下方安裝的MV-VS200FM/C C⑶紅外相機1輸出的1394信號經過VS-IE2001394信號轉光纖模塊14轉換後經光纖傳輸到中控室的VS-IE200光纖轉1394信號模塊15，再將1394信號通過MV-1394圖像採集卡17傳送到上位機18，通過上位機18圖像處理軟體系統對比處理過的圖像特徵，實現輸送帶表面裂紋與撕裂圖像進行識別並計算裂紋長度，當裂紋長度達到設定的第一閾值時上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8串口通信進行報警，當裂紋長度達到設定的第二閾值時上位機18 與可編程邏輯控制器PLC 8通信進行停車，並通過速度傳感器7採集的速度信號經過上位機18計算後判定故障點距監測裝置的距離。MV-VS200FM/C C⑶紅外相機1在防爆護罩2 內，防爆護罩2下方的防爆雲臺3位於密封艙底座6上，防爆雲臺3可以通過內置解碼器11 接收來自上位機18的控制信號調整防爆護罩2的俯仰角與水平位置擺動來達到調整監控區域的目的，所述的解碼器11與TCF-142RS485轉光纖模塊12相聯，經過光纖與中控室的 TCF-142光纖轉RS232模塊13連接到上位機18的RS-232接口 19，為了抗幹擾使用密封艙 4封閉檢測裝置安裝區域，並採用冷光源5對檢測區域補光，上位機軟體由Visual C++與 Matlab混合編程，上位機18通過RS-232接口 19與可編程邏輯控制器PLC 8通信，將速度傳感器7信號傳到檢測上位機18並顯示，上位機18通過軟體手動控制防爆雲臺3的位置以調整取像位置。所述的速度傳感器7安裝到輸送機主軸上，採用光電脈衝輸出形式傳送到可編程邏輯控制器PLC 8，該信號傳輸到上位機18後通過程序判斷皮帶撕裂處到檢測裝置的距離。所述的防爆雲臺3帶有內置解碼器11，所述的防爆雲臺通過該解碼器與上位機18 通過串口通信，可以根據人為需要和環境變化接收來自上位機18的控制信號調整防爆護罩2的俯仰角與水平位置擺動以調整MV-VS200FM/C CXD紅外相機1的取像位置，來達到調整監控區域的目的。所述的TCF-142-S RS485轉光纖模塊12和TCF-142-S光纖轉RS232模塊13是串口光纖轉換器。具備將RS-232/422/485轉光纖訊號的能力。TCF-142-S通過單模光纖傳輸可將串行傳輸距離延伸到最遠40Km。所述的VS-IE2001394信號轉光纖模塊14和VS-IE2001394光纖轉1394信號模塊15是用來解決IEEE1394信號長距離高速傳輸的設備，並能提高圖像傳輸質量，所述的 VS-IE2001394信號轉光纖模塊為信號發送器1394E-T，VS-IE2001394光纖轉1394信號模塊為信號接收器1394E-R，它們成對使用，通過一對單模光纖進行傳輸，使採集來的圖像信號傳輸距離達到lKm。所述的上位機18圖像處理與分析軟體由Visual C++與Matlab混合編程，其流程為圖像採集卡17採集輸送帶運行情況的圖像到上位機18緩存中，Visual C++通過調用 Matlab圖像處理工具箱的圖像處理函數，對採集到的每幀輸送帶實時圖像進行二值化轉換，然後計算二值化後的圖像中撕裂區域像素點佔整個圖像的比例，再根據所拍攝圖像區域實際面積的大小計算輸送帶撕裂部分的長度，該長度與預先設定的長度值進行比較後迅速做出故障判斷當該長度大於0. 5m時，上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8進行串口通信控制防爆聲光報警裝置9報警；當該長度大於an時，上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8進行串口通信控制輸出控制繼電器10緊急停車。所述的防爆護罩2、防爆雲臺3、速度傳感器7、聲光報警裝置9及各種信號電纜均為防爆設備。與可編程控制器PLC8聯接的各種信號線、電源線及可編程控制器PLC8、輸出控制繼電器10、TCF-142-S RS485轉光纖模塊12、VS-IE200-S 1394信號轉光纖模塊14均安裝在防爆殼體內。防爆殼體按照國家煤礦安全標準GB3836. 2-2000設計，電氣部分採用符合《煤礦安全規程》要求的本安型國家標準GB3836. 4-2000設計，其主要技術指標為電源井上 220V 士 10% 50HZ井下 127V士 10% 50HZ
信號傳輸距離PLC與上位機通信光纖傳輸40Km紅外CXD相機輸出信號光纖傳輸IKm工作溫度30°C檢測準確率98%圖像檢測解析度1. 5mm成像幀頻30幀/s輸送帶寬度2m檢測輸送帶運行速度5m/s。防爆標準:GB3836. 2-2000GB3836· 4-2000所述的補償裝置中的用來為檢測裝置提供穩定明暗環境的密封艙4是由鋼板焊接而成的漏鬥體和矩形筒體聯接而成的採用四塊6mm厚的鋼板焊接而成的漏鬥體，漏鬥體上口徑1800mmX 1800mm,下口徑750mmX 750mm，採用四塊400mmX 750mm的6mm厚的鋼板焊接成矩形筒體，將漏鬥體與矩形筒體焊接在一起，底面焊接一塊750mmX 750mm的IOmm厚的鋼板作為密封艙底座6，在其裡面底座上安裝能夠控制帶有MV-VS200FM/C CXD紅外相機 1的防爆護罩2的防爆雲臺3和冷光源5。實施方式2 帶式輸送機輸送帶寬度在Im以下，輸送帶速度低於3m/s時，該裝置主要技術指標為電源井上 220V 士 10% 50HZ井下 127V士 10% 50HZ信號傳輸距離PLC與上位機通信光纖傳輸40Km紅外CXD相機輸出信號光纖傳輸IKm工作溫度30°C檢測準確率98%圖像檢測解析度1. 5_成像幀頻30幀/s輸送帶寬度0. 9m檢測輸送帶運行速度2m/s。防爆標準:GB3836. 2-2000GB3836· 4-2000所述的補償裝置中的用來為檢測裝置提供穩定明暗環境的密封艙4由鋼板焊接而成的漏鬥體和矩形筒體聯接而成的採用四塊6mm厚的鋼板焊接而成的漏鬥體，漏鬥體上口徑800mmX 800mm，下口徑:350mmX :350mm，採用四塊300mmX 350mm的6mm厚的鋼板焊接成矩形筒體，將漏鬥體與矩形筒體焊接在一起，底面焊接一塊350mmX 350mm的IOmm厚的鋼板作為密封艙底座6，在其裡面底座上安裝能夠控制帶有MV-VS200FM/C C⑶紅外相機1的防爆護罩2的防爆雲臺3和冷光源5。所述的上位機18圖像處理與分析軟體由Visual C++與Matlab混合編程，其流程為圖像採集卡17採集輸送帶運行情況的圖像到上位機18緩存中，Visual C++通過調用 Matlab圖像處理工具箱的圖像處理函數，對採集到的每幀輸送帶實時圖像進行二值化轉換，然後計算二值化後的圖像中撕裂區域像素點佔整個圖像的比例，再根據所拍攝圖像區域實際面積的大小計算輸送帶撕裂部分的長度，該長度與預先設定的長度值進行比較後迅速做出故障判斷當該長度大於0. : 時，上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8進行串口通信控制防爆聲光報警裝置9報警；當該長度大於an時，上位機18與可編程邏輯控制器PLC 8進行串口通信控制輸出控制繼電器10緊急停車，其它同實施方式1。
權利要求
1.一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於該輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置由CCD紅外相機(1)、防爆護罩O)、防爆雲臺(3)、密封艙0)、冷光源(5)、密封艙底座(6)、速度傳感器(7)、可編程邏輯控制器PLC (8)、防爆聲光報警裝置(9)、輸出控制繼電器(10)、解碼器(11)、TCF-142-S RS485 轉光纖模塊(12)、TCF-142-S 光纖轉 RS232 模塊(13)、VS-IE2001394信號轉光纖模塊(14)、VS-IE200光纖轉1394信號模塊(15)、防爆控制箱(16)、MV-1394圖像採集卡(17)、上位機(18)和RS-232接口 (19)所組成；所述的 CCD紅外相機(1)位於防爆護罩O)內，安裝到離輸送帶20cm-30cm的正下方，該防爆護罩安裝在位於密封艙底座(6)上的防爆雲臺(3)上，所述的防爆雲臺的內置解碼器(11)與 TCF-142-S RS485轉光纖模塊(1 連接，經過光纖再連接到TCF-142-S光纖轉RS232模塊(13)後與上位機(18)的RS-232接口(19)通信，所述的CCD紅外相機(1)為MV-VS200FM/ C系列1394接口的高解析度工業數字CXD紅外相機，該CXD紅外相機輸出的信號經過 VS-IE2001394信號轉光纖模塊(14)轉換後經光纖傳輸到中控室的VS-IE200光纖轉1394 信號模塊(15)，再將轉換後的圖像信號通過MV-1394圖像採集卡(17)傳送到上位機(18)， 當有皮帶撕裂後上位機(18)與可編程邏輯控制器PLC (8)通信，可編程邏輯控制器PLC (8) 控制防爆聲光報警裝置(9)報警或輸出控制繼電器(10)常閉觸點斷開緊急停車，所述的速度傳感器(7)安裝在輸送機主軸上，其輸出的信號經過位於防爆控制箱(16)內的可編程邏輯控制器PLC (8)分析處理後傳到上位機(18)來計算皮帶運行速度，所述的上位機(18)是安裝VisualC++與Matlab軟體的普通計算機，所述的密封艙(4)與冷光源(5)為抗幹擾補te衣且ο
2.按照權利要求1所述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的 C⑶紅外相機(1)採集輸送帶圖像，通過圖像採集卡(17)進入帶有圖像處理軟體的上位機 (18)，通過軟體對比處理過的圖像特徵，實現輸送帶表面裂紋與撕裂圖像進行識別並計算裂紋長度，根據設定的裂紋長度閾值上位機(18)與可編程邏輯控制器PLC (8)通信進行報警或停車，並通過速度傳感器(7)檢測計算故障點距監測點的距離，為了抗幹擾使用密封艙(4)封閉裝置檢測區域，採用冷光源( 補光及時準確地檢測出輸送帶可能發生的撕裂事故。
3.按照權利要求1所述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的防爆護罩O)、防爆雲臺(3)、速度傳感器(7)、防爆聲光報警裝置(9)及各種電纜均為防爆設備，與可編程控制器PLC(S)聯接的各種信號線、電源線及可編程邏輯控制器PLC(S)、輸出控制繼電器(10)、TCF-142-S RS485轉光纖模塊(12)、VS-IE200-S1394信號轉光纖模塊(14)均安裝在防爆控制箱(16)內，防爆殼體按照國家煤礦安全標準GB3836.2-2000設計， 電氣部分採用符合《煤礦安全規程》要求的本安型國家標準GB3836. 4-2000設計，其主要技術指標為電源井上 220V士 10% 50HZ井下 127V士 10% 50HZ信號傳輸距離=PLC與上位機通信光纖傳輸40Km紅外CCD相機輸出信號光纖傳輸lKm工作溫度-20°C -60°C檢測準確率98%圖像檢測解析度1. 6mm 成像幀頻30幀/s 輸送帶寬度0. 6-2. 2m 檢測輸送帶運行速度6m/s。 防爆標準:GB3836. 2-2000GB3836. 4-2000
4.按照權利要求1所述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的補償裝置中的用來為檢測裝置提供穩定明暗環境的密封艙由鋼板焊接而成的漏鬥體和矩形筒體聯接而成的採用四塊6mm厚的鋼板焊接而成的漏鬥體， 漏鬥體上口徑 800-1800mmX800-1800mm,下口徑 300-800mmX 300-800mm,採用四塊 300-400mmX350-750mm的6mm厚的鋼板焊接成矩形筒體，將漏鬥體與矩形筒體焊接在一起，底面焊接一塊350-750mmX350-750mm的IOmm厚的鋼板作為密封艙底座(6)，在其裡面底座上安裝能夠控制帶有MV-VS200FM/C C⑶紅外相機(1)的防爆護罩(2)的防爆雲臺(3) 和冷光源(5)。
5.按照權利要求1所述一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，其特徵在於所述的上位機(18)圖像處理與分析軟體由Visual C++與Matlab混合編程，其流程為圖像採集卡(17)採集輸送帶運行情況的圖像到上位機(18)緩存中，VisualC++通過調用Matlab圖像處理工具箱的圖像處理函數，對採集的每幀輸送帶實時圖像進行二值化轉換，然後計算二值化後的圖像中撕裂區域像素點佔整個圖像的比例，再根據所拍攝圖像區域實際面積的大小計算輸送帶撕裂部分的長度，該長度與預先設定的長度值進行比較後迅速做出故障判斷當該長度大於設定的需要報警長度值時，上位機(18)與可編程邏輯控制器PLC(8)進行串口通信控制聲光報警裝置(1 報警；當該長度大於設定的需要停車的長度值時，上位機(18)與可編程邏輯控制器PLC(8)進行串口通信控制輸出控制繼電器(10)緊急停車。
全文摘要
一種輸送帶縱向撕裂在線監測預警裝置，屬於煤礦企業輸送帶在線檢測技術領域。在輸送帶下方安裝CCD紅外相機採集輸送帶圖像，圖像採集卡將圖像採集到帶有圖像處理軟體的上位機，通過軟體對比處理過的圖像特徵，實現輸送帶表面裂紋與撕裂圖像進行識別並計算裂紋長度，根據設定的裂紋長度閾值，上位機與PLC通信進行報警或停車，並通過速度傳感器檢測計算故障點距監測點的距離。為了抗幹擾使用密封艙封閉裝置檢測區域，採用冷光源補光。本發明能及時準確地檢測出輸送帶可能發生的撕裂事故。本發明的優點是成本低、可靠性高、實時性強，既能做到撕裂程度較小時進行有效聲光報警減小輸送帶撕裂，又能做到檢測到突發的較大程度的輸送帶撕裂後緊急停車。
文檔編號B65G43/02GK102358505SQ20111018279
公開日2012年2月22日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者喬鐵柱, 唐豔同, 牛犇, 胡明明, 閆來清 申請人:太原理工大學