钢丝绳芯输送带X射线探伤系统在口孜东煤矿的应用

【摘 要】对于矿用输送带内部钢丝绳芯中接头抽动、断绳等故障问题，在国投新集口孜东煤矿主运煤胶带机建立一套钢丝绳故障自动检测系统来实现工业生产自动化。本文首先分析了X射线成像原理，提出了一种基于X射线输送带检测系统的总体设计方案，利用X射线图像处理的算法，采用模块化程序设计方法，结合VS2010和MySQL设计开发了系统的应用软件，实现了国投新集口孜东煤矿输送带在线检测、视频分析、图像分析和故障报警等功能，有很高的实用价值。

【关键词】X射线；输送带；图像处理；故障

【Abstract】According to mine conveyor belt internal steel wire rope core of joint twitch， rope failure problem，need to establish a set of wire rope automatic fault detection system to achieve the industrial production automation. The paper first analyzes the principle of X-ray imaging， proposes a based on the overall design of the X-ray conveyor belt detection system， using X-ray image processing algorithms， and modular design method， design and development of the application of the system combined with VS2010 and MySQL software， to achieve a the conveyor line detection， video analysis， image analysis and fault alarm function， with high practical value.

【Key words】X-ray； Conveyor belt； Image processing； Fault

0 引言

对煤矿而言，钢绳芯强力输送带一般作为永久固定设备，担负着主要运输任务。各工作面输送带或盘区输送带的煤流最后都要集中到某一条或几条强力输送带上，然后集中上井。作为运输瓶颈，一旦发生断带事故，轻则影响全矿井生产，重则造成人员伤亡。

强力输送带内的钢丝绳是主要承载物，由于煤矿生产的恶劣环境，煤矸石、岩石、甚至铁器都有可能砸落在输送带上，使输送带内的钢丝绳受损；或使输送带敷胶破裂，水或其它腐蚀性液体渗透到输送带内，使得钢丝绳锈蚀。这些情况都有可能使输送带的带强下降，当带强下降到一定程度时，就有发生断带事故的可能。此外，硫化接头是强力输送带的薄弱环节，如果接头没有按照标准硫化，或者硫化胶质量有问题，接头就有可能发生抽动，这是发生断带事故的另一个主要因素。

煤矿输送带能否安全、高效地运行直接影响到煤矿的生产效益和安全效益。随着煤矿生产率的提高，需要一种实时在线监测输送带内钢丝绳芯在运行过程中变化情况的方法，以保证整条输送带的运行始终保持在可靠而安全的状态下，避免事故发生。同时延长强力输送带使用寿命节约大量的采矿成本。

采用X光机原理实现对强力输送带的在线检测，“看”到整条输送带的状况，那么它就完全可以替代目前落后的各种输送带检测方式，并把人们从繁重、效率低下的劳动中解放出来，对预防断带事故的发生具有重要意义，在社会生产建设中具有广泛的应用前景。

1 X射线成像系统原理

X射线源透射检测对象后经再射到探测器上，探测器采集入射的光子信息，把不可见的X射线检测信号转换为光学信号，再将采集到的信号进行光电转换后，传送至数据采集系统。数据采集系统不断采集得到投影数据，处理后即可按照一定的图像重建算法进行图像重建，探测结果图像。接着，通过传输系统交给计算机对其进行处理后，在显示器屏幕上显示出待检物内部的缺陷性质、大小、位置等信息，按照有关标准对检测结果进行缺陷等级评定。

X射线探伤系统，通常基于PC系统，以高性能的DSP或FPGA为系统核心、采用以太网或USB通信。其利用DSP或FPGA强大的数据处理能力，对各模块进行协调控制。硬件部分各模块均采用精度高、噪声低、可靠性高的器件以及多种措施降低噪声、提高精度、提高系统抗干扰能力。

2 系统组成及工作原理

系统主要由矿用隔爆兼本安型X射线发射箱、矿用隔爆兼本安型X射线接收箱、矿用本安型指示按钮箱、声光报警器、矿用网络交换机、监控计算机等组成。如图2所示。

2.1 硬件结构介绍

1）X射线发射装置：X 射线源采用 AC127V 交流供电，该装置与计算机进行串口通信，并且根据接收的命令控制发射 X 射线，以及实现过压、超温、过载等反馈保护等功能。

2）探测器：探测器模块由X射线发射装置提供供电电源，由探测器包含X光探测卡、图像采集卡、数据转换传输板三部分。

3）指示按钮箱：指示按钮箱可实现紧急情况下，关闭射线，确保人员安全；亦可实现，射线开启时警示作用。

4）报警器：其提供射线开启状态下的报警输出，既有发声，也有光源报警。

2.2 系统工作原理

从 X 射线发射装置发出的 X 光透射过高速运行的输送带后照射到X 光探测器内探测接收卡上，进行图像采集，并通过以太网将处理后的数字图像信息传输到井下环网交换机，再由井下环网交换机通过地面网络上传到上位机上，最后上位机通过图像处理软件来处理接收到的图像信息并进行动态的实时显示。PC 机的图像处理软件不仅可以对图像进行分析和处理，还可以运用模式识别算法提取判断输送带钢丝绳芯接头锈蚀、伸长以及断裂等情况，并实时记录故障信息。

3 系统图像处理

系统中的图像处理是系统中人机交互的窗口，是系统功能的终极体现。

系统能实现以下功能：

1）检测功能

系统具有钢绳芯输送带无损检测功能。远程检测：在地面中心机房可使用工控机的监控软件远程检测钢绳芯输送带。

2）闭锁控制

a）X射线闭锁：通过发射箱提供的无源触点实现X射线闭锁。

b）供电电源闭锁：通过本安指示按钮箱的急停按钮，实现对发射箱内的X射线机供电及非本安电源输出闭锁。

3）状态指示

a）X射线状态指示：当X射线开启时，本安型声光报警器输出声光警示信息；本安指示按钮箱提供X射线状态指示。

b）供电状态指示：当发射箱内的X射线机通电及非本安电源输出时，本安指示按钮箱提供X射线机供电及非本安电源输出状态指示。

4）远程监控

a）电源远程监控：操作监控计算机的监控软件远程可开启或关闭发射箱内的X射线机供电及非本安电源输出，并可检测控制状态；

b）X射线工作状态监控：操作监控计算机的监控软件远程开启或关闭X射线，并可检测X射线工作状态。

5）用户认证管理

提供用户登录验证、用户操作权限设置、用户密码修改、用户信息表和用户数据库管理等功能。

6）系统基本配置

提供用户指定数据库备份位置、图像存储位置和视频存储位置、输送带配置等功能。

7）在线检测

提供X射线在线检测视频图像显示、录像及存储等功能。

8）视频分析

提供历史视频的播放控制、图像抓拍、视频剪辑、存储、视频列表及视频信息显示等功能。

9）图像分析

提供图像局部放大、图像标定和面积计算、添加备注和处理意见、图像列表及图像信息显示等功能。

10）数据管理

提供视频信息管理、图像信息管理、日志信息管理、报表管理、数据库备份和还原等功能。

4 系统功能特点及运用效果

1）利用X射线原理对钢绳芯输送带进行透视，实现在线检测；

2）自动识别输送带钢丝绳断裂、锈蚀、劈丝、接头抽动、不规范的硫化等缺陷并报警，自动抓拍缺陷图像，可对抓拍的图像进行图像分析，对缺陷大小等进行评估；

3）根据输送带接头及输送带速度实现钢绳芯缺陷准确定位；

4）采集的钢绳芯输送带透视视频图像可以进行慢速（变速）播放并可转化为标准的AVI电影模式方便观看和移动；

5）提供输送带缺陷报表、打印功能；

6）监控软件远程开通/关断X射线机和接收箱的供电电源，远程控制X射线的产生与关断；

7）特点；

8）发射箱内部散热通道综合设计，连续在线工作时间长；

9）通过软件结合输送带带速及接头识别算法自动实现输送带缺陷故障定位功能，便于快速找到故障位置及时维护处理；

10）具备带强分析功能，为预知维护提供参考；

11）整体防护、可拆解模块化安装，一机多用。

5 结束语

本文根据国内矿井实际情况要求，借鉴国内外先进的输送带检测方法，以国投新集口孜东煤矿主运胶带机为应用现场，在分析研究了X射线成像原理和检测原理基础之上，设计了一套完整的输送带钢绳芯故障检测系统。该系统可对输送带的全面进行不停机在线检测，从而能更清楚、直观地看到损伤点或接头的透视图像，同时结合图像处理技术自动检测输送带损伤情况，以便于采取进一步的修复手段，防范隐患扩大或事故发生，给口孜东煤矿运输生产提供了安全保证。

【参考文献】

[1]陆小翠，苗长云，王巍，王俊峰.X光强力输送带无损检测系统及其网络传输的设计[J].工矿自动化，2008，1：62-64.

[2]王明生，李铁鹰，陈政石.X射线线阵探测器在输送带检测系统中的应用[J].广东石油化工学院学报，2011，21（1）：33-36.

[3]郭会茹，苗长云，武志刚.X射线检测钢绳夹心输送带系统设计[J].微计算机信息，2007，23（8）：122-123.

[4]沈庆磊.X光强力输送带无损检测系统探测器的研究[D].辽宁工程技术大学，2010.

[5]侯冬山.基于线阵的钢绳芯输送带无损检测系统设计[D].太原理工大学，2010.

[责任编辑：汤静]