摘要：运用物联网、机器视觉等技术实现运输皮带巡检智能化，实时监测运输皮带的状态并及时预警，提高设备运行稳定性和生产效率，降低生产成本。通过设计规划、系统架构、基础条件、系统功能等方面对运输皮带智能巡检系统设计与应用进行探讨。

　　关键词：运输皮带；智能巡检；智能化；物联网；传感器

　　运输皮带是工业生产线中不可或缺的设备之一，尤其是有色金属冶炼工厂等大型原材料生产企业，更是使用了大量的运输皮带。其主要作用是将原料从一个地方输送到另一个地方，以完成生产过程。然而，由于长时间的使用和各种因素的影响，运输皮带容易出现故障，例如跑偏、断裂、磨损等。这些故障不仅会影响生产效率，还会危及工人的安全。因此，如何及时发现和解决这些问题成为了一个亟待解决的问题。

　　传统的运输皮带巡检方式主要依靠人工巡检，这种方式存在很多弊端。首先，人工巡检需要耗费大量的人力物力，而且无法实现实时监控。其次，人工巡检很难发现一些微小的故障，容易导致故障扩大化。最后，人工巡检很难及时发现一些潜在的问题，无法完全避免故障发生，从而影响生产效率和安全性。

　　为了解决上述问题，本文提出了一种基于传感器和物联网技术的运输皮带智能巡检系统。该系统可以实时监测运输皮带的状态，并且能够自动识别和分类故障，从而帮助工人及时发现和解决问题。

　　1系统设计

　　1.1设计原则

　　系统化原则。从整体角度全面考虑。结合生产工艺实际情况，做出最实用、最合理、最全面的技术方案。

　　适用性原则。满足生产现场实际使用要求的能力，充分考虑皮带输送机分布式智能巡检系统、管状带式输送机分布式智能巡检系统的实际要求和发展规划。

　　先进性原则。采用成熟稳定的先进技术，并在时效性方面能满足技术发展要求。

　　可靠性原则。系统整体方案须考虑安全可靠的原则，保证系统可长时间稳定运行。

　　实用性原则。以实用性为原则，设计实用、可靠、低成本、运行效率高的可推广型系统。

　　易维护原则。系统应易于维护，操作简便，结构清晰，采用模块化设计，易上手，易维护。

　　1.2系统架构

　　系统可采用4层架构设计，分别为传感层、传输层、分析层和应用层。

　　传感层主要用于收集生产现场环境及设备的状态信息，将温度、湿度、速度、振幅等物理量转化为电信号，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，从而实时掌握环境变化及设备运行状态。

　　传输层通过通信网络将采集到的电信号从传感层传输至信号接收器、存储器或服务器，一般分为有线传输和无线传输，为便于安装，节约成本，提高运行稳定性，可采用较为先进的无线传输方式。

　　分析层是用合理的统计分析方法对采集到的大量数据进行分析，将它们加以汇总和理解并应用，最大化地开发数据的价值，发挥数据的作用，为生产、管理提供优化和决策的支持。

　　应用层是将数据作为生产要素，使资产数据化，数据资产化，将数据与生产、经营高度融合。通过数据模型建立适合生产现场的生产管理系统或符合企业管理业务的经营管理平台，应用系统或平台实现数据的反馈与矫正。

　　2基础条件

　　2.1设备选型

　　传感器是智能巡检系统的核心部件之一，根据系统功能设计，需选用多种传感设备，分别为视频摄像机、测温热像仪、激光扫描仪、温速传感器、温振传感器、温湿传感器及人员定位传感器，传感器采用分布式部署方案，各传感器之间相互独立，可以根据生产场景需求灵活配置传感器的数量和规格。传感设备可以全面地反映出运输皮带的状态，从而及时发现问题。各传感设备用途及选型如下。

　　视频摄像机。主要用于皮带/管状带式输送机头部过渡段、中部及尾部过渡段皮带跑偏检测、物料识别（断料/堵料）、危险区域作业识别、人员安全帽识别。宜选用具有自清洗功能的摄像机，安装于皮带头、中、尾和给料口，具体数量及距离可根据实际情况进行调整。

　　测温热像仪。主要用于对皮带/管状带式输送机头部电机、减速机及驱动滚筒整体表面温度监测、物料及皮带温度监测。每条皮带至少配置1台，宜选用高分辨率、高灵敏度热像仪，视场角根据实际情况选择合适的镜头，温度量程一般选-20℃~150℃即可。

　　激光扫描仪。主要用于对头部过渡段及尾部过渡段皮带的撕裂及损伤进行监测。每条皮带配置1台即可，宜选用网络（TCP/IP）+光缆传输方式、检测精度高、工作性能可靠、寿命长、易维护、可长时间连续工作型设备。

　　温速传感器。主要用于对皮带输送机/承载管状皮带托辊和辊筒的温度、转速异常进行监测。温度测量范围可选-40℃~+120℃,可采用单路、双路或三路，内置或外置天线型无线转速传感器，具体选型及数量可根据实际监测点进行配置。

　　温振传感器。主要用于对皮带/管状带式输送机头部电机、减速机重点传动轴系的表面温度、振动监测。可选择磁吸式或螺纹安装式无线传感器，温度测量范围可选-40℃~+80℃,振动测量方向分X轴、Y轴、Z轴，根据设备实际运行情况选择合适的振动速度测量范围、振动速度测量精度、振动加速度测量范围、振动位移测量范围以及显示分辨率。每根皮带电机和减速机各安装3个，驱动滚筒轴承座安装2个。

　　温湿传感器。主要用于周围环境温度与湿度的检测，作为系统温湿度分析的参考基础数据。温湿传感器有模拟量型、数字型和网络型，考虑生产现场环境及安装便捷性，可选择网络型温湿传感器。网络型传感器又分为以太网型、无线网型和GPRS网络型，生产现场传感器安装距离接收器无需太远，同时考虑成本，可选择无线网型传感器。传感器温度测量范围可选-40℃~+120℃,由于湿度测量范围对测量精度影响较大，因此可根据现场实际环境选择合适的湿度测量范围，以便达到合适的湿度测量精度。传感器数量可根据厂房环境差异性进行配置，若厂房环境无明显差异，配置1个即可。

　　定位传感器。主要用于作业人员的定位监测。可选用无线定位传感器，安装数量可按照实际运维人数配置。

　　数据采集站。主要用于采集温速、温湿、温振、定位等传感器数据。数量可根据现场数据采集量进行合理配置。

　　网络设备：根据数据采集方式、采集量选择通讯模块、工业交换机、网络机柜、应用主机、存储设备、光缆、网线等网络设备及辅材，按生产实际情况及未来扩展需求，可按千兆网络配置选择相应设备及辅材。同时考虑安装及易用性，应优先考虑建设无线网络。

　　服务器。服务器是智能巡检系统的另一个重要组成部分。可部署于云端服务器上，对采集到的数据进行存储、处理和分析。具体来说，可以通过数据分析算法来判断是否存在故障，并根据不同的故障类型生成相应的预警信息。此外，云端服务器还可以与其他系统进行集成，例如ERP系统、MES、WMS系统等，从而实现生产流程的全面监控和管理。

　　2.2数据采集与传输

　　数据采集应具备实时性、可靠性、灵活性、大带宽等特性。应用温度和转速检测技术、激光扫描技术、振动检测技术、位置感知技术，结合智能分析算法，实现生产状态数据的实时采集，经过传输系统进行存储，最后对数据进行分析与应用。

　　工业数据传输需考虑目标地址、数据传输协议，选择合适的传输协议对于保证数据传输的可靠性、实时性和效率至关重要。工业数据传输主要分有线和无线两种方式。有线传输方式主要使用在处理高信息量的集群服务器、组建内网以及某些总线网络中，其传输速率较高，带宽也较大。而无线传输方式则具有线路连接简单、成本较低等优点，适用于某些特定场景下的数据传输。

　　鉴于运输皮带巡检系统数据采集距离与采集量，数据传输可选用新型的无线通信技术ZigBee。ZigBee是一种低功耗、低速率、低成本、低复杂度、短距离、支持大量网上节点、支持多种网上拓扑的一种快速、可靠、安全的无线通信技术，适用于物联网应用场景。可以将传感器采集到的数据传输到云端服务器进行处理和分析。

　　3数据分析

　　数据分析是一个综合性的过程，涉及数据收集、预处理、状态识别、趋势分析、故障预警与诊断、性能评估与优化以及可视化与报告等多个环节。通过深入分析这些数据，可以全面了解皮带的运行状态和性能表现，为优化生产过程和提高生产效率提供有力支持。

　　在收集到原始数据后，需要进行预处理，包括数据清洗（去除异常值、重复数据等）、数据转换（将数据转换为适合分析的格式）和数据标准化（使数据具有统一的量纲和范围），以确保数据的准确性和一致性。

　　经过预处理的数据可以用于识别皮带的运行状态。通过设定阈值和比较实际数据与阈值的关系，可以判断皮带是处于正常还是故障状态。同时，还可以利用时间序列分析等方法，对皮带运行数据的趋势进行分析，以发现潜在的问题和预测未来的运行状态。

　　通过对监测数据的深入分析，可以建立故障预警模型，实时监测皮带的运行状态，并在出现故障前兆时发出预警。结合历史数据和专家知识，可以进行故障诊断，确定故障的类型、原因和位置，为维修人员提供准确的故障信息和维修建议。

　　基于监测数据，可以对皮带的性能进行评估，包括运行效率、能耗、磨损情况等。通过对比不同时间段或不同工况下的性能数据，可以发现性能瓶颈和优化潜力。基于这些分析结果，可以制定针对性的优化措施，如调整运行速度、改善润滑条件、优化负载分配等，以提高皮带的运行效率和降低运行成本。

　　为了方便管理人员和维修人员理解和使用监测数据分析结果，可以将分析结果以图表、仪表板等形式进行可视化展示。还可以定期生成监测报告，汇总和分析皮带的运行状态、故障预警、性能评估等信息，为管理层提供决策支持。

　　4功能设计

　　4.1功能范围

　　通过部署分布式智能巡检系统，可实现输送系统安全生产四要素“人机料环”全面快速感知，并利用大数据、AI智能视频分析算法等技术实现输送装置状态的全面实时监测、多维分析及超前预警，从而保障输送系统高效安全运行。

　　人员。根据定位传感器采集的数据，对巡检及作业人员的实时位置、危险区域作业预警、未带安全帽预警；

　　机器。对采集到的振动、位移、温度、速度等数据进行分析处理，实现电机/减速机超温及振动预警、皮带断带/撕裂/跑偏、托辊及滚筒超温/卡死/失速故障预警；

　　物料。应用AI智能视频分析算法，对视频摄像机、激光扫描仪采集到的数据进行分析，实现断料、堵料智能识别及预警；

　　环境。通过智能巡检系统对温度和湿度数据进行分析应用，实现超温及火灾预警。

　　4.2系统功能

　　多维报警分析。为便于不同岗位和角色的用户，需共享系统的资源和信息，系统可设计多维报警分析和统计功能，包括按人机料环的报警统计、按故障类型的报警统计、按报警级别的统计等功能。

　　实时状态监测。系统可采用设备/区域树的位置导航操作模式，将皮带输送装置根据部件和区域进行划分，每个设备/区域结点下设综合预警功能区和测点信息功能区，通过设备/区域树的任意结点，可轻松查询到对应的智能分析行为和测点实时数据、测点历史数据信息。

　　人员状态监测。采用高性能无线定位引擎算法，基于超低功耗定位基站，实现1米级人员定位；基于人员定位技术+地图引擎，实现分区作业人员实时统计；基于AI视频技术，实现危险区域的作业自动识别、非法入侵识别；基于AI视频技术，实现作业区域的未带安全帽风险识别。

　　电机及减速机检测。电机及减速机为皮带输送装置的核心部件，其状态和寿命直接影响输送机系统的运行。应用测温热像仪对电机及驱动器表面二维温度场的测量和异常识别；在电机和减速机重点轴系部位安装多个温振传感器，进行温度数据的实时采集，采用智能化预警算法，一旦温度异常，系统可实现自动触发设备异常报警机制，实现设备运行状态准确判断。

　　托辊是皮带输送机中用量最大、更换频率最高的零部件，托辊运转阻力是皮带机的主要阻力。减少托辊旋转阻力，可降低胶带的强度要求，并提高胶带几倍的使用寿命，延长滚筒及驱动装置的使用寿命；另外，托辊/辊筒打滑造成表面温度升高，是造成输送带火灾的重要原因之一。因此托辊的工作状态直接影响带式输送机的节能降耗，是皮带输送机运行经济性、安全性的关键。

　　通过在托辊上安装温度速度一体式传感器，采集托辊的工作状态信息，并通过阀值+组域+全域的AI分析算法，实现托辊超温、卡死、打滑等故障的检测，并进行故障托辊的快速定位，从而帮助客户及时处理，减少托辊运转阻力，从而保障皮带输送机的安全经济运行。

　　输送带撕裂检测。输送带成本一般占到整机成本的45%，输送带纵向撕裂是一种破坏性极大的损坏形式，当钎杆、锚杆、钢板、铁块等外部尖锐物件戳人输送带时极有可能造成输送带纵向撕裂。纵向撕裂虽是一种偶然性的损坏，但若不能及时发现并控制，会造成整条输送带纵向撕裂，一旦发生会造成数十万甚至数百万的输送带在几分钟内就严重毁坏，进而引起停产带来较大的直接和间接经济损失。通过在输送带头部过渡段或尾部过渡段处安装激光扫描仪，皮带输送机运行时，激光器发射激光，照射在皮带底部，利用高速图像识别模块高速连续拍摄皮带底部激光轮廓图像。监控主机将实时采集到的数据进行分析，提取分析状态特征，判断皮带状态，当发现皮带出现划伤撕裂，可输出预警、报警、停带等信号至控制系统进行紧急停机，从而避免撕裂损失的扩大化。

　　输送带跑偏/撕边检测。基于视频摄像探头获取皮带的运行工况，并由后台AI分析算法进行实时视频图像的分析，从而实现皮带跑偏、撕边等故障的实时监测与报警。

　　物料状态监测：基于视频摄像探头获取皮带的运行工况，并由后台AI分析算法进行实时视频图像的分析，从而实现皮带堵料、断料、超温等故障的实时监测与报警。

　　环境状态监测。近年来，因皮带输送装置煤粉自燃、托辊/辊筒卡死打滑、外界明火造成的各类火灾事故频发，因此对于输送系统的环境温度/湿度检测对于预防火灾以及出现火灾后的态势判断、人员疏散都将起到重要的作用。基于输送皮带安装的温湿传感器，实时采集环境温度/湿度检测，当监测环境明显异常时，可提供实时报警，避免火灾发生。

　　5总结

　　综上所述，通过分布式智能巡检系统的建设和应用，可提升皮带运输的安全性和稳定性以及高效性，提升生产效率和经济效益，运输皮带智能巡检系统具有很高的实用价值和广阔的应用前景。