Способ мониторинга состояния ленточного конвейера с модулем камеры искробезопасной машинного зрения и тепловизора Российский патент 2023 года по МПК G01N25/72 G01J5/48 H04N5/33 G08B17/00 

Область техники

Изобретение относится к области диагностики технического состояния ленточных конвейеров и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, в частности в рудниках и их наземных строениях, подземных выработках шахт опасных по газу (метану) и/или угольной пыли.

Уровень техники

Процесс проведения диагностики конвейерных линий является достаточно трудоемким, что связано с большим количеством точек контроля - на километр линейного става конвейера приходится от 2,0 до 3,0 тыс. роликов, кроме того, виды износа и деградации подшипниковых узлов роликов и прочих элементов носят разнообразный характер.

Своевременное выявление неисправных и отказавших элементов конвейерной линии позволяет поддерживать энергопотребление конвейера в значениях номинального диапазона, исключить возможность возникновения пожаров в результате перегрева неисправных элементов, повысить срок службы ленточного полотна и других элементов конвейера.

На сегодняшний день из уровня техники известны различные способы и системы мониторинга состояния ленточных конвейеров, так из патента на изобретение РФ №2743600 (опубликовано 20.02.2021, МПК B65G 43/02) известно применение системы тепло/видео наблюдения, размещенной с обеих сторон ленточного конвейера с шагом - h, осуществляющей наблюдение за изменением температурного режима верхних и нижних роликов роликоопор. При изменении температуры ролика верхних или нижних роликоопор система тепло/видео наблюдения выявляет ролик, имеющий температуру более 60 градусов, и выдает информацию в блок управления, который определяет его местоположение в подземной горной выработке по номеру предварительно обозначенных роликоопор. Эти данные поступают на монитор, а оператор дает задание на плановую замену вышедшего из строя ролика.

Из WO2015035445A1 (опубликовано 2015.03.19, МПК B65G 43/02; G05B19/042) известна система обнаружения неисправности конвейерной ленты - такой, как разрыв или дыра. Система содержит инфракрасный детектор, предназначенный для обнаружения инфракрасного излучения, генерируемого конвейерной лентой, когда она проходит через используемую зону обнаружения. Детектор получает инфракрасные изображения указанной конвейерной ленты, которые обрабатываются процессором для диагностики возможной неисправности конвейерной ленты. Инфракрасный детектор установлен под упомянутой конвейерной лентой и отображает нижнюю поверхность конвейерной ленты, несущей материал. Процессор интерпретирует инфракрасные изображения, чтобы определить, есть ли разрыв на конвейерной ленте. Также раскрыт способ обнаружения неисправности конвейерной ленты путем определения тепла, выделяемого при повреждении ленты.

Недостатком данных систем является необходимость применения большого количества тепло/видео камер для возможности полноценного мониторинга ленточного конвейера, т.е. тепло/видео камеры устанавливаются с таким шагом, чтобы захватить в свое поле зрения все элементы ленточного конвейера, что влечет за собой большое количество капитальных затрат на оснащение данными системами.

Также из патента на изобретение РФ №2561492 (опубликовано 27.08.2015, МПК B65G 43/02) известен способ обнаружения роликов ленточных конвейеров с повышенным сопротивлением вращению, включающий последовательные замеры температуры роликов с помощью датчика регистрации инфракрасного излучения, и определение роликов с повышенным сопротивлением вращению по увеличенной относительно других роликов температуре, отличающийся тем, что ленту конвейера останавливают, датчик, способный измерять и регистрировать температуру в момент его нахождения в непосредственной близости от ролика, разъемно закрепляют на нерабочей поверхности ленты конвейера между двумя упругими сегментами цилиндра, продвигают ленту вместе с датчиком так, чтобы датчик прошел расстояние между концевыми барабанами, определяют ролики с повышенным сопротивлением вращению путем расшифровки зарегистрированных данных измерения датчика.

В патенте на изобретение СССР № SU1770130A1, который выбран за прототип настоящего изобретения, раскрыт способ определения наличия неисправных роликов ленточного конвейера и места их положения, включающий диагностическую остановку конвейера на заданное время для нагревания поверхности ленты неисправными роликами, измерение температуры окружающей среды и температуры ленты во время последующего диагностического запуска конвейера с помощью датчика инфракрасного излучения, определение времени, прошедшего с начала диагностического запуска конвейера, с учетом которого корректируют величину температуры нагретой поверхности ленты до величины, характеризующей начальный нагрев роликами, определение отклонения скорректированной температуры над температурой окружающей среды и сравнение его с предельно допустимым отклонением, при этом определение наличия неисправных роликов ведут по превышению предельно допустимого отклонения, а определение места их положения осуществляют по количеству импульсов, соответствующих прохождению меток, нанесенных на барабан конвейера с шагом, кратным расстоянию между его роликоопорами.

Недостатком данных способов является использование датчика регистрации инфракрасного излучения, размещенного на ленте конвейера. При таком исполнении в процессе эксплуатации элементы датчика подвергаются воздействию высоких динамических нагрузок при падении крупных кусков транспортируемого материала на ленточное полотно в пунктах загрузки и высоким продольным нагрузкам при растяжении ленточного полотна на приводных барабанах. Эти условия ограничивают область применения данного метода диагностики и не подходят для работы на протяженных ленточных конвейерах, где перепад натяжений в ленте достигает существенных значений, а также при эксплуатации на грузоперевозке крупнокусковых материалов. Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении времени простоя конвейерных лент в следствии автоматического обнаружения неисправных элементов и возможности их планового ремонта, а также в предотвращении обрыва ленточного полотна вследствие трения или заштыбовки.

Также технический результат изобретения заключается в возможности автономной (без передачи видеопотока на поверхность) видеоаналитики в искроопасной среде изображений теплового и видимого спектра и автономное принятие решений вне зависимости от наличия связи.

Заявленные технические результаты обеспечивают способ мониторинга состояния ленточного конвейера, включающий в себя диагностическую остановку конвейера на заданное время для нагревания полотна ленты неисправными элементами ленточного конвейера, обнаружение нагретых участков полотна во время последующего диагностического запуска конвейера с помощью тепловизионной камеры, отличающийся тем, что определение местоположения неисправных элементов вычисляется посредством видеосервера с помощью расчета определенного интеграла в момент обнаружения нагретого участка полотна,

где Т - время с момента запуска конвейера после его диагностической остановки,

v(t) - функция изменения скорости ленты, где скорость ленты измеряется с помощью датчика скорости или видеокамеры,

S - расстояние от тепловизионной камеры до неисправного элемента,

а определение степени износа неисправных элементов ленточного конвейера осуществляют по температуре и площади нагретого участка полотна (далее - способ, изобретение, способ мониторинга состояния ленточного конвейера).

Краткое описание чертежей

Заявляемое техническое решение поясняется изображениями: Фиг. 1 - схема расстановки искробезопасных тепловизионных камер; Фиг. 2 - скриншот кадра искробезопасной тепловизионной камеры, в котором виден тепловой след на полотне ленты движущегося конвейера. Осуществление изобретения

В данном изобретении термин «неисправные элементы» подразумевает собой перегретые ролики, натяжные барабаны, трение полотна по неподвижным частям става, заклинившие ролики, трение полотна об стойки и стульчики, заштыбовка обратной ветви и т.п.

Мониторинг состояния ленточного конвейера осуществляется с помощью искробезопасной тепловизионной камеры (далее - тепловизор) и видеокамеры искробезопасной машинного зрения (далее - видеокамера), синхронизированных по углу обзора перед ними и соединенных между собой по одному из каналов связи в общую вычислительную сеть и сеть передачи данных, каждая камера представляет собой металлическую оболочку с кронштейном, внутри которой находится видеосервер, предназначенный для регистрации и анализа температурных контрастов динамических и статических объектов в зоне наблюдения, для передачи обрабатываемой информации и изображения с тепловизора или видеокамеры по цифровым каналам волоконно-оптических линий связи, G.SHDSL и беспроводному каналу связи Wi-Fi в автоматизированное рабочее место диспетчера (далее - АРМ) и вывода информации на монитор персонального компьютера диспетчера (далее - ПК).

Видеокамера, в свою очередь, служит как для определения скорости ленточного конвейера, так и для фото-видео фиксации обнаруженных неисправных элементов, поскольку тепловизор предоставляет специфичное изображение (тепловое изображение). Замер скорости видеокамерой производится путем обучения нейронной сети. Ей указывается расстояние до ленты, а она захватывает объекты и, следя за их передвижением, вычисляет скорость по формуле V=(L1-L2)/T, где V - скорость ленты, L1 - расстояние до объекта на первом кадре, L2 - расстояние до объекта на втором кадре, Т - время между кадрами.

Видеосервер предназначен для анализа видеоданных в режиме реального времени, в том числе согласно способу, раскрытому в настоящем изобретении. Каждая из камер обладает своим собственным видеосервером для аналитики видеоизображений, что увеличивает общую скорость анализа видеопотоков и принятия решений.

На Фиг. 1 показана схема расстановки тепловизоров над конвейерной лентой, где 1 - разгрузочный барабан; 2, 4 - приводные барабаны; 3 - натяжной барабан; 5 - приводной барабан промежуточного привода; 6 - контур промежуточного привода; 7 - натяжной барабан промежуточного привода; 8 - хвостовой барабан; 9 - тепловизор.

Как видно на Фиг. 1, тепловизоры устанавливаются всего лишь в нескольких точках над конвейерной лентой, а не на всем ее протяжении.

На Фиг. 2 показан скриншот кадра искробезопасной тепловизионной камеры, в котором виден тепловой след на полотне ленты движущегося конвейера.

Способ мониторинга состояния ленточного конвейера основан на выявлении нагретых узких участков (тепловых следов) (10), которые располагаются в разных местах по длине полотна конвейерной ленты. Если имеются неисправные элементы, то они вызывают тепловой нагрев. Для того, чтобы данные неисправные элементы смогли выявить себя в этом способе, конвейер должен проработать под типовой (среднестатистической ежедневно используемой) или большей нагрузкой не менее 10 минут. Время с момента запуска конвейера до появления теплового следа и возможности диагностики данным способом - от десяти минут.

После непродолжительного времени работы нагруженного конвейера осуществляется его прокачка (избавление конвейерной ленты от груза) и диагностическая остановка конвейера на 5 минут. Как правило, это делается автоматически в конце рабочей смены. Конвейерное полотно в месте неисправного элемента нагревается.

Далее происходит запуск конвейера и нагретые места полотна начинают свое движение. Тепловизор видит и фиксирует тепловые следы на полотне. Видеопоток через видеосервер непрерывно передается на ПК.

Затем с помощью видеокамеры или датчика скорости, расположенном на одном из роликов конвейерной ленты, данные о скорости конвейерной ленты передаются в видеосервер. Зная скорость конвейерной ленты, точное расположение камер и время работы конвейера, вычисляются местоположения неисправных элементов и степени их нагрева. Для определения положения неисправных элементов засекается время (Т) с момента запуска конвейера после его диагностической остановки, записывается функция изменения скорости ленты v(t). В момент обнаружения перегретого участка вычисляется определенный интеграл , где S - это расстояние от тепловизора до неисправного элемента.

Далее определяется степень износа неисправного элемента и принимается решение, например, о замедлении или остановке конвейерной линии.

Чем сильнее изношен неисправный элемент, тем выше температура его теплового следа и больше площадь этого следа. Опытным путем вычислены температуры и площади следов, которые соответствуют различным состояниям неисправных элементов.

Определяется три состояния неисправных элементов: 1) норма; 2) полотно имеет не значительный нагрев о трущиеся элементы; 3) авария -полотно критически перегревается и может воспламениться или порваться, или 1) норма; 2) требует плановой замены; 3) аварийная ситуация с полным разрушением и заклиниванием неисправного элемента. Вся эта диагностика осуществляется автономно с применением видеосервера и может производиться без наличия связи с поверхностью шахты или удаленного сервера.

На базе устанавливаемого видеосервера в автономном режиме может осуществляться анализ видеоизображения, по результатам которого он принимает решение и управляет своим релейным выходом (отключая или включая какие-либо исполнительные механизмы). Таким образом, видеосерверу нет необходимости передавать видеоизображение по сети в центры видеоаналитики. Он может автономно принимать решения и быть независимым. Это очень удобно под землей в горных выработках, где не везде есть высокоскоростные средства связи.

Изобретение относится к области диагностики технического состояния ленточных конвейеров и может быть использовано в горнодобывающей промышленности, в частности в рудниках и их наземных строениях, подземных выработок шахт, опасных по газу (метану) и/или угольной пыли. Сущность изобретения состоит в том, что способ мониторинга состояния ленточного конвейера включает в себя диагностическую остановку конвейера на заданное время для нагревания полотна ленты неисправными элементами ленточного конвейера, обнаружение нагретых участков полотна во время последующего диагностического запуска конвейера с помощью тепловизионной камеры. Причем определение местоположения неисправных элементов вычисляется посредством видеосервера с помощью расчета определенного интеграла в момент обнаружения нагретого участка полотна, где Т - время с момента запуска конвейера после его диагностической остановки, v(t) - функция изменения скорости ленты, где скорость ленты измеряется с помощью датчика скорости или видеокамеры, S - расстояние от тепловизионной камеры до неисправного элемента, а определение степени износа неисправных элементов ленточного конвейера осуществляют по температуре и площади нагретого участка полотна. Технический результат - снижение времени простоя конвейерных лент вследствие автоматического обнаружения неисправных элементов и возможности их планового ремонта, а также в предотвращении обрыва ленточного полотна вследствие трения или заштыбовки, а также обеспечение возможности автономной (без передачи видеопотока на поверхность) видеоаналитики в искроопасной среде изображений теплового и видимого спектра и автономное принятие решений вне зависимости от наличия связи. 2 ил.

Способ мониторинга состояния ленточного конвейера, включающий в себя диагностическую остановку конвейера на заданное время для нагревания полотна ленты неисправными элементами ленточного конвейера, обнаружение нагретых участков полотна во время последующего диагностического запуска конвейера с помощью тепловизионной камеры, отличающийся тем, что определение местоположения неисправных элементов вычисляется посредством видеосервера с помощью расчета определенного интеграла в момент обнаружения нагретого участка полотна, где Т - время с момента запуска конвейера после его диагностической остановки, v(t) - функция изменения скорости ленты, где скорость ленты измеряется с помощью датчика скорости или видеокамеры, S - расстояние от тепловизионной камеры до неисправного элемента, а определение степени износа неисправных элементов ленточного конвейера осуществляют по температуре и площади нагретого участка полотна.