杨明旺，陈玉琪，曹云龙，岑峰，牟春鹏，杨文明

1.内蒙古大唐国际锡林浩特发电有限责任公司，内蒙古锡林浩特，026099 2.北京中安吉泰科技有限公司，北京，100085

0 引言

燃煤电厂的输煤系统是重要的公用辅助系统，输煤系统设备多、传输距离长、运行方式复杂、运行环境恶劣、故障因素多，极易发生事故，燃煤发电厂输煤廊道线路长，是火灾的高发地带。因此，对输煤廊道进行实时监控，防止输煤皮带起火、断裂是保障火电厂安全稳定运行的必要手段之一。长期以来，由于缺少高效可靠的检测技术，皮带输送机的安全监管一直是一个难点问题，皮带输送机断芯、接头抽动等损伤无法得到有效监测，严重时会造成皮带输送机横向断带事故。用户希望将钢丝绳芯皮带输送机的运行安全始终处于监控之下，能够实现24小时×365天实时在线、高速自动检测[1-2]。

1 皮带撕裂的原因

皮带机输送胶带在运输过程中，皮带撕裂以纵向撕裂为主，因此就皮带纵向撕裂的主要原因做如下分析。

（1）皮带跑偏：皮带跑偏可能导致皮带纵向撕裂，虽然二者不是直接的因果关系，但跑偏可以在一定条件下增加纵向撕裂的风险。

（2）异物：这是另一个导致皮带纵撕的重要原因，特别是当这些异物的硬度、形状或尺寸与皮带不匹配时，它们可能在运行过程中对皮带造成损害。一方面，当硬度较高的异物（如金属碎片、石块等）附着在皮带上，并与导轨或托辊等产生摩擦时，它们可能会切割或割破皮带表面，引发皮带的纵向撕裂。另一方面，异物可能导致皮带在异物所在位置产生局部磨损、振动、应力集中，这会给皮带带来额外的压力，可能削弱皮带的物理性能，使其易于发生撕裂。

皮带纵向撕裂是输煤系统最常见的事故之一，一旦出现，如果未及时停机，将会损坏整条皮带，带来极大的损失。因此对皮带机进行纵撕监测，对于电厂平稳运行、发电具有极大的经济效益[3]。

2 皮带撕裂检测装置系统

为防止皮带输送机撕裂、穿孔、错位等缺陷，需要在输煤皮带输送机的皮带下面配置一套皮带撕裂检测装置。常见的皮带纵撕检测技术有视觉检测、红外热成像、声音分析、激光测距等。本文采用的是基于AI识别的视觉检测的方法，虽然这种方法会受到环境，如光照、粉尘等影响，但是经过一些技术处理可以解决，并且具有实时监测、高分辨率、多参数分析等优势。

本文设计的基于视觉的撕裂检测装置搭载多种传感器，实时监测现场的异物穿透、错位撕裂及张口撕裂等。检测装置具有智能视觉识别功能，采用智能感知关键技术算法，对皮带输送机表面损伤自主识别判断，并实时显示皮带输送机表面图像。

2.1 皮带撕裂检测装置系统的原理

撕裂检测装置的基本原理是将结构光打在皮带上，通过高清相机获取该图像，配合检测算法实现对纵向撕裂的检测。在皮带纵向撕裂的情况下，可以利用高斯掩膜的轮廓线提取算法来检测皮带的断裂边缘。具体实现步骤如下。

（1）设备安装：安装皮带撕裂检测装置到皮带机上。

（2）图像采集：使用相机获取皮带机的图像。

（3）图像预处理：对采集到的图像进行预处理，例如去噪、增强对比度等。

（4）高斯滤波：应用高斯滤波器对图像进行平滑处理，以减少噪声。

（5）边缘检测：使用边缘检测算法来检测皮带的边缘轮廓。

（6）轮廓线提取：根据边缘检测结果，提取出皮带的轮廓线。

（7）纵向撕裂检测：根据轮廓线的形状、连续性以及可能的断裂标志，进行纵向撕裂检测。

其中，基于高斯掩膜的轮廓线提取算法，获得结构光在皮带上成像的中心线，采用梯度搜索法提取异常间断特征，当连续帧的间断特征点倾角在预设阈值范围内，判定发生纵向撕裂。梯度搜索法提取异常间断特征的代码如下：

另外，由于摄像头拍摄到的画面状况受到环境光线、镜头污染、异物遮挡、皮带机运行情况等影响，因此，需要在识别前首先根据图像的情况做预处理。实现方式是，首先根据结构光在皮带上的图像特点，获取重点识别区域在图像上的位置，然后分别计算图像的梯度、对比度、对角度、平均亮度等，再根据各项设定的阈值进行比对处理。

2.2 皮带撕裂检测装置系统介绍

结合上述原理，设计皮带机纵撕检测装置，整体思路为皮带撕裂检测装置部署在皮带输送机上，皮带穿过检测装置，通过装置内的高帧率相机连续采集皮带表面视频，再将视频通过网络传输到服务器，服务器通过AI图像算法对数据进行清洗，智能视觉算法提取结构光成像轮廓等数据，对皮带纵撕现象进行识别。本装置由检测装置、电控柜、服务器等设备组成[4]。

（1）检测装置：检测装置主要包括高清摄像头、补光灯组成的图像采集模块，以及供电模块、通信模块，分别实现为本设备供电和数据通信。补光灯用来保证摄像头能够采集到高清图像。

（2）电控柜：电控柜一般安装在输煤廊道的电源附近，内置空开电源、网关等模块，连接检测装置的电缆、网线，为检测装置供电，将数据传送至后台服务器。

（3）服务器：服务器部署在输煤集控机房，网络上与电控柜中的网关通信，安装部署皮带输送机撕裂后台管理平台和皮带纵撕检测模型，用来对检测装置得到的实时视频图像进行识别，并在发现纵撕现象时发出报警。

2.3 后台管理平台功能

整套系统除了安装在皮带机的撕裂检测装置外，还有后台管理平台软件系统对实时监测进行管理、报警，同时提供内置视觉识别算法，为摄像头赋予识别纵向撕裂的功能。软件平台具体功能如下。

（1）视频实时监控。针对皮带输送机皮带进行实时监控，然后把视频传输到皮带输送机后台管理平台，后台管理平台进行皮带的实时展示和数据保存。

（2）皮带输送机状态实时展示。后台管理平台可以对皮带输送机状态进行实时展示。

（3）异常状态报警。当皮带输送机发生皮带撕裂时，部署在现场的配电箱上的声光报警器将会响起和发光。

（4）历史信息查询皮带机运行状态可以实时显示在运营平台，数据存储在后台服务器，支持回放、慢放。

（5）异常数据分析。利用结构光和视觉识别，以及频值和阈值两种算法对皮带数值进行自动分析，并精确定位，无需人员辅助，当把异常数据发到后台管理软件时，后台软件会对数据进行分析比对，当发现异常时，会发出报警[5]。

2.4 皮带撕裂检测装置实施效果

基于高斯掩膜的轮廓线提取算法，获得结构光在皮带上成像的中心线，采用梯度搜索法提取异常间断特征，当连续帧的间断特征点倾角在预设阈值范围内，判定发生纵向撕裂，目前经过实际检验效果较好[6]。

2.5 皮带撕裂检测装置设计优势

（1）全天实时监测：对输送带上皮带底面全天候、实时、扫描/检测是否有纵向撕裂发生或者其他皮带表面损伤。

（2）高自动化检测：7*24小时实时检测，可取代人工定时巡检，检测效率高，检测全面，无需担心人员巡检的漏检、错检等问题。

（3）AI智能检测：系统通过AI学习掌握事物特征对现场视频进行监测分析，撕裂检测模块24小时不间断采集图像，软件进行实时逐帧分析，一旦出现异常，及时报警或联动PLC控制，避免恶性事故的发生。

（4）高清显示：皮带撕裂检测装置可将上皮带底面状态图片传输至控制端、现场大屏上，实时显示现场高清画面，通过对图像智能检测、分析找出运输皮带表面异常情况。

（5）设备防护：皮带撕裂检测装置操作简易，安装方便。配备补光灯、自动吹扫等装置，即使在光线昏暗、高粉尘等恶劣环境下也能正常使用。

（6）响应灵敏：检测速度快且精准，数据会伴随每一帧画面的刷新而更新，能更及时地发现目标异常。

（7）数据存储及管理：系统软件对采集的异常数据存储到本地数据库，保证事后可以对任何异常数据进行时间、文字、图像回溯，方便出现问题后进行故障跟踪及事故分析。

（8）自动诊断：设备具有网络中断自动检测恢复功能，当设备因断电或者断网导致工作异常，待线路正常后可自行排查问题进行恢复。

（9）自动报警及报警定义：当检测区域内触发报警条件后自动生成报警，对于皮带撕裂宽度检测可自定义撕裂报警宽度。

（10）声光报警：配套声光报警器可实现异常触发声光报警，提醒人员及时关注，避免忽略遗漏。

3 皮带撕裂检测装置系统实施价值

皮带撕裂检测装置能在皮带输送机的运行路径中选择适当监测点完成工作状态下全行程的实时监测，皮带输送机运行过程中出现危险状况时，能及时发出报警信号，实现人工操作选择停机或采取自动停机等应急处理方式。

系统可提高皮带输送机的安全性，根据皮带输送机运行时产生的运行参数，以及皮带输送机出厂设计参数，结合皮带输送机检测、保养信息以及历史运行参数，分析并提供皮带输送机的安全状态等信息，供有关人员实时掌握皮带输送机生命周期的发展阶段，为皮带输送机的持续可靠运行提供高质量的监测服务，为皮带输送机正常运行提供有力保障[7-8]。

4 总结与建议

为防止皮带输送机出现故障，皮带防撕裂首先应从管理角度入手，进行除杂控制，加强物料质量的控制；加强设备管理，加强设备的巡视和动态检查。另外，从技术角度来看，还可以采取以下几点措施。

（1）应在皮带沿线设置皮带撕裂检测装置，不断完善撕裂检测装置的可靠性，加强日常维护，减少故障和误动作。确保各种保护可靠、有效，严禁任何非正常状态运行。

（2）对皮带的质量提出较高的技术要求，提高承载面盖胶的耐磨性。

（3）皮带撕裂检测装置的检测效果和皮带撕裂记录引入计算机管理，对检测结果进行评估。

（4）建立皮带的检测手段记录分析制度，长期跟踪记录分析，比较成本和效益等，得出正确结论。

（5）综合运用皮带的各种保护装置，如跑偏开关、调偏装置、防回程带料装置、防扯边开关等，这些保护装置对防止皮带撕裂均能起到保护作用。

5 结语

除了上述现阶段采用的措施外，还应长期跟踪了解皮带撕裂检测装置的新技术、新动向，对于皮带撕裂检测装置和抗撕裂皮带新产品、新技术在充分调研的基础上，进行试验和试用，以便最大程度地避免皮带撕裂事故，降低损失。