孟懷鋒

（國(guó)能常州發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213002）

1 背景和意義

國(guó)電常州發(fā)電有限公司一期工程已建2臺(tái)63萬(wàn)kW國(guó)產(chǎn)超臨界機(jī)組，全年耗煤量約為350萬(wàn)t，來(lái)煤運(yùn)輸方式采用輪船海運(yùn)。輸煤系統(tǒng)現(xiàn)有16條皮帶輸送機(jī)。

皮帶輸送機(jī)廣泛用于輸送各種固體塊狀和粉料狀物料，是以電機(jī)聯(lián)結(jié)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)以摩擦力驅(qū)動(dòng)緊密貼合滾筒表面的閉合皮帶實(shí)現(xiàn)沿滾筒切線方向連續(xù)運(yùn)輸物料的機(jī)械。主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器、承重機(jī)架、物料輸送帶、皮帶托輥、驅(qū)動(dòng)和改向滾筒、皮帶調(diào)緊裝置、滾動(dòng)軸承等組成，具有動(dòng)力功率大、運(yùn)量大；具有多臺(tái)組成或與其他輸送設(shè)備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，滿足不同傳輸距離和布置形式的特點(diǎn)，動(dòng)力裝置成熟方便地實(shí)行工藝流程的自動(dòng)化操作。

皮帶輸送機(jī)在電廠輸煤系統(tǒng)安全生產(chǎn)中肩負(fù)著十分重大的責(zé)任。由于惡劣的工作環(huán)境、經(jīng)常出現(xiàn)混有棱角的矸石、細(xì)桿狀物等尖銳物體，對(duì)膠帶表面及邊緣造成損傷，伴隨著劃痕、劃傷的出現(xiàn)，皮帶甚至?xí)l(fā)生撕裂這樣的嚴(yán)重破損，一旦發(fā)生將會(huì)對(duì)電廠造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失。

2 輸煤皮帶機(jī)常見故障分析

帶式輸送機(jī)主要由兩個(gè)端點(diǎn)滾筒及緊套其上的閉合輸送帶組成，帶動(dòng)輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)滾筒(傳動(dòng)滾筒)；改變輸送帶運(yùn)動(dòng)方向的改向滾筒。驅(qū)動(dòng)滾筒由電動(dòng)機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)，輸送帶依靠驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力拖動(dòng)。

驅(qū)動(dòng)滾筒一般都裝在卸料端，以增大牽引力，有利于拖動(dòng)。物料由喂料端喂入，落在轉(zhuǎn)動(dòng)的輸送帶上，依靠輸送帶摩擦帶動(dòng)運(yùn)送到卸料端卸出。由于驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒的加工精度、安轉(zhuǎn)位置精度和工業(yè)環(huán)境對(duì)滾筒表面的固體顆粒物污染造成滾筒表面運(yùn)行與中心點(diǎn)不等距，容易造成帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)膠帶跑偏（膠帶運(yùn)行的中心線偏離機(jī)架的承重中心線）。

膠帶跑偏如果達(dá)到與機(jī)架產(chǎn)生摩擦的位置在高速運(yùn)行情況下會(huì)與機(jī)架產(chǎn)生劇烈摩擦，如果不能及時(shí)處理，膠帶邊會(huì)被拉毛直至撕裂，也容易向外撒料嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生停機(jī)和人身傷亡事故。

物料中混有矸石、煤塊、尖銳雜物由高點(diǎn)直接砸膠帶，膠帶懸空易造成刺穿，刺穿物卡膠帶不易脫落造成撕裂膠帶事故。

皮帶運(yùn)輸機(jī)是以摩擦力驅(qū)動(dòng)緊密貼合的皮帶實(shí)現(xiàn)沿滾筒切線方向連續(xù)運(yùn)輸物料的機(jī)械。膠帶與驅(qū)動(dòng)滾筒貼合不緊密或滾筒與膠帶結(jié)合面有水、油等降低摩擦系數(shù)的物質(zhì)，造成拖動(dòng)負(fù)載能力顯著下降（電機(jī)維持原轉(zhuǎn)速）；膠帶承載物料質(zhì)量大超過設(shè)計(jì)承重、膠帶卡阻、滾筒軸承損壞或托輥損壞造成滾筒與緊密貼合的膠帶劇烈摩擦產(chǎn)生大量的熱和膠帶表面的快速磨損，形成火災(zāi)隱患、膠帶變薄容易刺穿，嚴(yán)重時(shí)造成抽芯損壞，運(yùn)行時(shí)膠帶易出現(xiàn)刺穿和抽芯撕裂事故。

3 輸煤皮帶機(jī)的一些防護(hù)措施

皮帶運(yùn)輸機(jī)是以摩擦力驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，打滑事故的主要特征：局部運(yùn)行部位（驅(qū)動(dòng)、從動(dòng)、改向滾筒）的溫度快速升高，易發(fā)生膠帶燃燒和誘發(fā)火災(zāi)。

（1）使用阻燃膠帶，避免膠帶燃燒或成為燃燒物。

（2）膠帶上無(wú)浮煤、無(wú)水、無(wú)油、無(wú)雜物，機(jī)頭，機(jī)尾無(wú)堆煤。

（3）局部運(yùn)行部位安裝溫度檢測(cè)監(jiān)控裝置，皮帶運(yùn)輸機(jī)易產(chǎn)生粉塵堆積的部位安裝火災(zāi)報(bào)警和自動(dòng)滅火裝置。

皮帶運(yùn)輸機(jī)傳輸距離長(zhǎng)，由于制造精度、安裝精度和使用環(huán)境的原因，跑偏故障（先由局部發(fā)展到全部）經(jīng)常發(fā)生。

（1）選用符合國(guó)家和運(yùn)行要求的合格產(chǎn)品，安裝要達(dá)到規(guī)范規(guī)定的制造和安裝精度。

（2）膠帶運(yùn)行沿線安裝跑偏監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)沿線全部檢測(cè)（圖1）。

圖1 跑偏開關(guān)檢測(cè)器

皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸?shù)奈锪嫌陕┒分苯酉侣涞侥z帶，依靠膠帶本身的強(qiáng)度對(duì)抗沖擊力。

（1）及時(shí)修補(bǔ)已磨損的漏斗，避免重量大的尖銳物體（矸石、煤塊、金屬異物）砸向膠帶。（2）及時(shí)處理跑偏故障，避免撕裂膠帶和物料遺撒。（3）設(shè)置膠帶縱向撕裂監(jiān)測(cè)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障（圖2）。

圖2 防撕裂檢測(cè)裝置

做好沿線防護(hù)，在帶式輸送機(jī)沿線，架設(shè)安全網(wǎng)，防止物料飛出，發(fā)生傷害事故；對(duì)旋轉(zhuǎn)器件加裝防護(hù)罩，防止人員觸及，發(fā)生傷害事故。

皮帶輸送機(jī)中的滾動(dòng)軸承主要功能：支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低設(shè)備在傳動(dòng)過程中的機(jī)械載荷摩擦系數(shù)。防止軸承過熱和潤(rùn)滑油自身老化避免軸承故障是機(jī)械維護(hù)的重點(diǎn)。經(jīng)常性對(duì)軸承部位測(cè)溫及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，定期做好潤(rùn)滑。

4 輸煤皮帶機(jī)皮帶運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集

大部分皮帶撕裂均為縱向撕裂，縱向?qū)顾毫褟?qiáng)度僅僅依靠橡膠本身的強(qiáng)度是不夠的。撕裂和打滑是皮帶運(yùn)輸機(jī)最常見的故障：直接或間接造成膠帶的撕裂和使用壽命的降低。按皮帶撕裂程度的表現(xiàn)時(shí)間，分為瞬間撕裂和緩慢撕裂。瞬間撕裂通常具有：皮帶跑偏，皮帶上扎有較大的異物（比如鋼片），故障點(diǎn)易于發(fā)現(xiàn)。緩慢撕裂時(shí)，一個(gè)破損部位（劃痕或劃傷處）逐漸增大，增長(zhǎng)直至撕裂的過程，這個(gè)過程持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，這類故障發(fā)生較普遍，難發(fā)現(xiàn)。

對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和膠帶表面情況的檢測(cè)是發(fā)現(xiàn)故障，維護(hù)皮帶機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要方法。皮帶跑偏和打滑造成膠帶撕裂和使用壽命降低。

4.1 皮帶表面穿透性撕裂檢測(cè)

膠帶發(fā)生穿透性撕裂通常伴隨物料撒漏、異物刺穿卡頓、膠帶完整性毀壞的特點(diǎn)。

（1）漏料檢測(cè)器形如天平，托盤接刺穿處漏料改變與平衡錘的平衡，觸發(fā)限位開關(guān)發(fā)出報(bào)警。缺點(diǎn)：撕裂處不一定漏料，托盤粉塵累計(jì)誤報(bào)，檢測(cè)精度低；由于撕裂處的漏料，再均勻受料模式下撕裂處的物料對(duì)托輥表面的壓力出現(xiàn)異常，裝在托輥表面的測(cè)力傳感器發(fā)出報(bào)警。缺點(diǎn)：發(fā)生撕裂，未漏料的情況下，壓力檢測(cè)器無(wú)法感受明顯的變化，漏檢或誤檢，維護(hù)成本高使用壽命較短。

（2）異物刺穿卡頓在膠帶上運(yùn)動(dòng)，觸碰在機(jī)架與托輥之間與膠帶下表面形狀吻合的輕質(zhì)量的條狀物，條狀物產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)觸發(fā)限位開關(guān)發(fā)出報(bào)警。缺點(diǎn)：無(wú)法檢測(cè)物料或者異物體積較小的皮帶撕裂。

（3）膠帶完整性毀壞后撕裂的膠帶或散落的物料由于高速運(yùn)動(dòng)會(huì)觸碰類似托輥結(jié)構(gòu)接近載煤皮帶下表面的檢測(cè)裝置，觸發(fā)檢測(cè)裝置底端的限位開關(guān)發(fā)出報(bào)警。缺點(diǎn)：未發(fā)生物料泄漏或撕裂程度不大時(shí)，沒有足夠的力量觸發(fā)報(bào)警，易誤報(bào)；皮帶中固定間距內(nèi)安裝電磁線圈，皮帶撕裂造成電磁線圈回路切斷，電磁信號(hào)無(wú)法順利傳輸和采集，檢測(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。缺點(diǎn)：皮帶需要改造，成本較高，長(zhǎng)時(shí)劇烈震動(dòng)和磨損，傳感器設(shè)備易發(fā)生損傷，干擾檢測(cè)精度。

4.2 皮帶跑偏的檢測(cè)

皮帶跑偏一般由局部發(fā)展到全部，所以皮帶跑偏檢測(cè)是全線在固定距離安裝跑偏檢測(cè)器。皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生跑偏會(huì)觸碰跑偏開關(guān)，根據(jù)跑偏情況分級(jí)報(bào)警，通過不同的報(bào)警級(jí)別可以推測(cè)皮帶撕裂。應(yīng)為大多皮帶縱向撕裂口徑不明顯，跑偏開關(guān)對(duì)檢測(cè)皮帶跑偏有一定效果，但是，對(duì)皮帶撕裂并沒有很好的檢測(cè)效果。

4.3 紅外成像測(cè)溫設(shè)備

皮帶運(yùn)輸機(jī)打滑事故的主要特征：局部運(yùn)行部位的溫度快速升高，紅外測(cè)溫設(shè)備探測(cè)被診斷設(shè)備表面的紅外輻射信號(hào)（物體表面的溫度場(chǎng)），從而獲得設(shè)備的熱狀態(tài)特征，并根據(jù)這種熱狀態(tài)及適當(dāng)?shù)呐袚?jù)，作出設(shè)備有無(wú)故障及故障屬性、嚴(yán)重程度的診斷判別，測(cè)量不接觸皮帶。

紅外輻射信號(hào)與溫度之間有絕對(duì)的相關(guān)性，但并非線性相關(guān)，同時(shí)還會(huì)受到待測(cè)目標(biāo)表面發(fā)射率、反射率、大氣衰減以及物體所處環(huán)境的反射輻射等影響，需要溫度校正。

5 皮帶機(jī)膠帶表面破損及撕邊智能監(jiān)測(cè)終端的應(yīng)用

皮帶破損檢測(cè)目的是代替皮帶破損的日常人工巡檢，提高檢出率和更智能的皮帶破損識(shí)別方法，對(duì)膠帶表面劃痕、劃傷檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)緩慢撕裂部位。智能監(jiān)測(cè)終端應(yīng)有溫度、圖像等數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信功能。

5.1 機(jī)器視覺

機(jī)器視覺系統(tǒng)具有：

（1）非接觸測(cè)量。

（2）具有較寬的光譜響應(yīng)范圍，適用可見光或非可見關(guān)。

（3）長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，人類難以長(zhǎng)時(shí)間對(duì)同一物體進(jìn)行觀察，而機(jī)器視覺則可以長(zhǎng)時(shí)間地作分析和識(shí)別任務(wù)。

（4）系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、易于信息集成、檢測(cè)穩(wěn)定和魯棒性強(qiáng)。用智能監(jiān)測(cè)終端的邊緣計(jì)算功能可以減輕圖像處理對(duì)光纖、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸、服務(wù)器、交換機(jī)、通信的壓力，避免發(fā)生故障，影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

5.2 圖像識(shí)別

采用機(jī)器視覺技術(shù)，基于深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用訓(xùn)練好的AlexNet和GoogLeNet對(duì)磨損的輸送機(jī)皮帶圖像進(jìn)行遷移訓(xùn)練，進(jìn)而識(shí)別磨損的輸送機(jī)皮帶表面圖像。

攝像頭安裝在皮帶張緊段（皮帶表面完全展開）附近的固定位置，正向面對(duì)皮帶拍攝，就近的機(jī)器視覺處理機(jī)通過判斷皮帶在視頻圖像中的磨損條紋來(lái)判斷是否發(fā)生磨損以及磨損的程度和趨勢(shì)，并將信號(hào)傳回中控（圖3）。

圖3 安裝示意圖

5.3 邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺(tái)，提供近端服務(wù)，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)。在皮帶表面破損檢測(cè)系統(tǒng)就近配置智能監(jiān)測(cè)終端，大量的計(jì)算包括視頻圖像分析處理等均在檢測(cè)點(diǎn)安裝的智能監(jiān)測(cè)終端中完成計(jì)算和處理，僅將結(jié)果及時(shí)發(fā)送至系統(tǒng)軟件平臺(tái)。

6 機(jī)器感知系統(tǒng)軟件平臺(tái)

系統(tǒng)在中控室安裝機(jī)位，部署機(jī)器感知系統(tǒng)工作站，工作站軟件平臺(tái)采集各個(gè)皮帶機(jī)保護(hù)智能硬件終端節(jié)點(diǎn)的通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和數(shù)據(jù)管理功能。

機(jī)器感知系統(tǒng)軟件采用柔性定制開發(fā)平臺(tái)開發(fā)，其精髓思想是將軟件開發(fā)可視化，進(jìn)行高度封裝，通過設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的各項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的無(wú)編碼化。軟件平臺(tái)能夠提供事項(xiàng)顯示、事項(xiàng)來(lái)源、歷史查詢、分級(jí)優(yōu)先報(bào)警、記錄存儲(chǔ)、趨勢(shì)查詢、權(quán)限管理等功能，并負(fù)責(zé)與輸煤DCS的通信。

7 結(jié)語(yǔ)

利用機(jī)器視覺系統(tǒng)和圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)膠帶表面的破損及撕邊進(jìn)行連續(xù)的檢測(cè)，監(jiān)測(cè)圖像存儲(chǔ)可查詢，檢出率高。部署在檢測(cè)裝置附近的智能監(jiān)測(cè)終端，發(fā)揮邊緣計(jì)算功能優(yōu)勢(shì)，與機(jī)器感知系統(tǒng)軟件平臺(tái)結(jié)合，使皮帶機(jī)膠帶表面破損及撕邊檢測(cè)系統(tǒng)具有保護(hù)安全可靠、易維護(hù)、成本低的優(yōu)勢(shì)，對(duì)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率有很大幫助。