項目定位工業控制領域，基于物聯網和先進智能控制技術，研制生產帶式輸送機光電一體智能無人值守檢測系統，為傳統企業生產設備改革、工廠精細化管理提供解決方案和設備。

帶式輸送機作為散料轉運中的重要設備，是火電、鋼鐵、碼頭、焦化、冶金、水泥、化工等行業生產流程中大量使用的重要輔助設施。其皮帶因長時間不間斷重負載運行，在長期運行過程中經常出現過載、跑偏等情況。該類情況易導致皮帶發生撕裂、起皮、脫膠等異常故障。該故障未發現或者處理不及時將進一步造成皮帶斷裂、嚴重劃傷、縱向撕裂成兩半等嚴重故障。

圖1 帶式輸送機事故現場

皮帶撕裂可造成輸料皮帶撒料，皮帶報廢等嚴重問題；皮帶邊緣破損，皮帶受力不均造成皮帶拉緊滾筒損壞，減少皮帶運行壽命等危害。因皮帶撕裂造成撒料等清理工作會導致額外的人力物力支出，皮帶撕裂同時損壞導輪、托輥等相關組件。嚴重時造成整個輸送系統癱瘓等間接危害，影響整個工藝流程的正常運行，增加成本支出。一條皮帶造價從十幾萬至七八十萬，特殊定制皮帶甚至高達上百萬。每條皮帶配套信號電纜至少五百米，多則幾千米，電纜造價每米十多塊。皮帶因保護系統缺失造成皮帶割裂，斷開，每年因非正常損壞導致提前報廢損失高達百萬。尚不包含搶修施工人力成本。加上因皮帶損壞造成的停機停產，其損失不可估量。

在實際生產工作中，皮帶大部分使用環境極其惡劣。由于粉塵、潮濕、人工沖洗困難等原因，電氣保護系統經常性出現短路、接地等故障。例如在輸煤系統中，由于惡劣的使用環境，以及多點分布和橫跨范圍大，粉煤灰覆蓋嚴重等問題，點檢工作無法做到細致全面，導致造成設備累積故障。輕則損毀設備，嚴重時可能會威脅到人身及生命安全，縱觀國內電廠輸煤系統，多次因皮帶、設備帶電觸電、誤動作等造成的人身傷亡事故也一次次的為我們敲響警鐘。

目前國內皮帶撕裂檢測方式多采用壓力感知型、鋼絲繩攔截感知型、超聲波、漏料翻斗感知等手段。其原理大多采用機械結構，雖能起到安全防護作用，但僅限于補救，防止事故繼續擴大造成更大損失。在皮帶出現裂紋、脫膠、毛邊等情況初期，因沒有及時有效的檢測手段，不能及時快捷發現故障，造成延誤，導致皮帶小缺陷發展成撕裂事故。

隨著互聯網及智能工廠理念的逐漸普及，對設備精細化管理要求越來越高。為皮帶機構建一整套完善的具有全項保護、自診斷、帶報警功能和撕裂監測系統，在故障初期就能提前感知，將撕裂事故扼殺在萌芽期，是當前皮帶保護領域內的迫切需求，也是皮帶綜合保護行業發展的必然方向。

本項目具備獨立的知識產權。提供一套低改造成本皮帶綜合保護設備，其中核心技術為激光+視覺檢測方式防止縱向撕裂的智能無人值守監測方案及設備。該系統主數字相機基于線像視覺技術，通過超高速工業COMS攝像機捕獲帶面圖像，在1280成像線數下每秒鐘采樣240FPS，即使皮帶在高速行進的情況下依舊能即時發現故障。采用快速圖像處理算法提取輸煤皮帶表面投影，經核心智能檢測技術，對皮帶工作狀況和損傷情況進行檢測分級及報警，配合自主研制的數字化智能管理軟件系統，可實現皮帶的無人值守智能監控管理，將輸煤皮帶各種損傷在萌芽期就可以發現，有效防止事故擴大，造成巨大損失。

圖2 帶式輸送機智能無人值守監測設備圖示

產品的關鍵技術有三方面：

1.產品設計及防塵防潮技術：

首先是需要保證在皮帶設備正常運行的情況下完成預期的監測功能。作為不同于以往的監測方法，需要解決設備選取，以及在不影響生產進度情況下如何搭建一整套合理有效設備的問題。這需要考慮到皮帶的工作方式以及皮帶機的工作模式，綜合考慮多方面因素，搭建一套合適的監測設備是項目得到實用的關鍵。其次在設備選取和搭建上還要面臨皮帶實際工作環境的各種影響：由于粉塵、潮濕、人工沖洗等原因，皮帶設備運行的現場環境往往及其惡劣，因此監測設備必須具備良好的防塵防潮功能，并具有自動的無人沖洗功能，保持設備的持久運行，減少環境因素對監測結果的干擾。

目前，項目團隊已初步解決了以上問題。設計的樣機可以在生產線不停工的條件下進行安裝調試，針對設備的防塵防潮問題，我們設計采用高防護保護殼體和掃塵部件以及吹灰清掃裝置。樣機目前已在生產線上測試使用，效果良好。核心技術申請實用新型專利《一種傳輸機皮帶損傷狀況的光電一體智能檢測裝置》（專利號：ZL 202021034069.3），已獲授權。

圖3 光電一體智能檢測裝置樣機及現場測試

2. 核心檢測算法：

卓有成效的檢測手段和方法是我們能否及時有效的判斷皮帶出現故障的關鍵。由于采用不同于以往的檢測手段，所以需要在檢測算法的研究上取得突破，以實現更加及時有效、準確率高、虛警率低的檢測，防患于未然，將嚴重故障扼殺于搖籃之中。主要的檢測算法包括對皮帶撕裂的檢測、皮帶跑偏的檢測、異物尤其是工作人員誤掉到皮帶上的檢測方法。這三種方法是實現監測功能的核心，也是決定整個監測系統所能達到最好效果的關鍵。尤其是皮帶撕裂的檢測算法，發生具有不可預見性，并且損傷狀態發展快，對檢測速度和時效性提出很高要求，需要拋卻傳統的感知型方法，在皮帶正常工作的狀態下實現對皮帶的連續檢測。在研究這三種檢測算法的時候不僅要注意算法監測性能的有效性，同時也要滿足對檢測算法運行速度的要求，實時完成對皮帶的監測。

對此，我們在系統設計的初始，基于處理時效性和準確性的考慮放棄機械傳感器以及整幅圖像處理的思路，巧妙地采用激光投影的方式，將提取整個圖像特征簡化為提取激光投影線的特征，有效的減少了檢測面積和算法的計算量，同時激光投影線對皮帶狀態變化的敏感度更高，形態變化明顯，有利于提高檢測正確率。通過檢測投影線的形態變化，配合核心智能檢測算法，判斷皮帶的工作狀況和損傷級別。

而相關競品多采用機械式的縱撕傳感器或者圖像識別的方法，其中機械式縱撕傳感器是基于壓力傳感的原理，檢測的是皮帶撕裂時掉落在皮帶上的物料重量，檢測的精度和時效性比較差；圖像識別的方法一是取決于識別算法的性能，二是圖像數據量大，處理速度慢，時效性差。

圖4 同類競品核心檢測技術比較與分析

目前，本項目的核心檢測算法及實施方法已申請國家發明專利《傳輸機皮帶損傷狀況的智能檢測方法》（專利號：202010512893.3）。

3. 基于物聯網的綜合智能控制系統：

基于當前對物聯網的定義，為了實現對工廠的智能化監管，減少人力使用，真正意義上完成人、機、物的互聯互通。在設計整個監管系統的時候，需要考慮到物聯網的整體架構，以方便實現物與物、物與人的泛在連接，完成對物品和過程的智能化感知、識別和管理。

圖5 基于物聯網的綜合智能控制系統

對此，我們采用無線射頻技術，構建了基于無線低功耗LoRa、4G的無線傳輸和基于RS485協議的有線傳輸網絡，采用工業PLC和嵌入式技術，設計開發了后臺綜合監控軟件系統。通過前端檢測設備+有線\無線通信+后臺監控軟件系統，形成一套皮帶無人值守監測系統，實現了綜采工作面“無人值守”的工作理念。通過后續產品功能的拓展提升，該系統還可集成皮帶之外的相關設備的無人值守監控任務上，比如電機的軸承溫度、繞組溫度、滾筒溫度、張緊系統和軟啟動系統的油溫，煤倉煤位等進行檢測和顯示，形成一整套完整的生產線關鍵設備無人值守監控系統。