皮带输送机无人化巡检系统

权利要求书： 1.一种皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：本系统包括音频及视频监控单元、设备状态监控单元、巡检机器人、数据分析单元和设备监测诊断平台，所述音频及视频监控单元以及设备状态监控单元经通讯链路连接所述数据分析单元，所述巡检机器人经无线AP或

4G网络接入通讯链路后连接所述数据分析单元，所述数据分析单元通过网络连接所述设备监测诊断平台；

所述音频及视频监控单元包括设于皮带输送机各驱动测点的网络摄像机、声波传感器和硬盘录像机，所述网络摄像机用于视频监控，声波传感器用于声音采集，视频信号存贮于所述硬盘录像机；

所述设备状态监控单元包括设于皮带输送机旋转部件的振动传感器和温度传感器，对旋转部件的轴承振动、温度进行实时监测；

所述巡检机器人挂轨于皮带输送机的皮带输送管廊，并设有带红外辅助光源的视频摄像机、红外线热成像仪和气体探测分析仪；

所述数据分析单元包括数据采集管理模块、数据通讯管理模块、数据存储管理模块和设备状态综合诊断模块，所述数据采集管理模块对接收的上发数据进行整体管控，通过配置实现外部数据的上传接收和数据解析的管理与调度；所述数据通讯管理模块对所接收的不同类型数据进行自动解析，并按照配置将数据归并至所对应的皮带输送机的指定测点下，完成测点与数据之间的自动关联，按照配置进行各类数值计算，提取各种分析需要的特征量；所述数据存储管理模块根据数据类型进行数据的实时存储、临时存储以及持久化存储管理；所述设备状态综合诊断模块预置通用分析模型，并综合各类状态数据，对皮带输送机状态进行综合分析诊断，针对不同的诊断结论触发相应的业务流程；

所述设备监测诊断平台包括设备树配置及基础信息配置模块、状态集中展示模块、报警事件管理模块、分类查询及报表统计模块和用户权限配置模块，所述设备树配置及基础信息配置模块对皮带输送机进行层级管理、属性管理、测点管理、检测参数管理和设备文档管理；所述状态集中展示模块实时展示被监控的设备状态、数量统计和预警信息；所述报警事件管理模块提供设置报警的设备归属和统计规则，形成报警生成后的传送、显示、推送和最终评估流程；所述分类查询及报表统计模块提供报表定义和查询功能；所述用户权限配置模块执行用户管理和权限管理。

2.根据权利要求1所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述音频及视频监控单元通过可视化调取现场视频，进行图像识别，对皮带输送机各驱动测点场所进行监控；

对音频信号进行时域信号分析、频谱分析，通过将正常工况的声波与异常工况的声波进行比较分析，对声强超过设定分贝且过滤处理后的信息进行报警，记录异常声音出现的时间以及位置信息并进行展示和保存。

3.根据权利要求1或2所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述设备状态监控单元的振动传感器和温度传感器设于皮带输送机的电机、减速机、辊筒，监测数据通过有线或无线网络传输，对于变转速设备选用有线网络传输，对于稳态设备且输出转速大于

120转/分钟选用无线网络传输，关键皮带选用有线网络传输，非关键皮带选用无线网络传输，有线网络/光纤不具备的场合选用无线网络传输。

4.根据权利要求3所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述振动传感器和温度传感器是一体式传感器，并按如下原则配置测点：在电机前后端各布置一个水平测点，安装时一体式传感器靠近轴承座，小尺寸电机在电机负荷端布置一个水平测点；

齿轮箱测点方向按水平、垂直和轴向布置，且每一个轴承座设置一个测点，齿轮箱两侧均布置一个轴向测点，并错开同一根轴系；

在辊筒两侧轴承座位置各布置一个水平测点，鉴于辊套转速较低，振动信号作趋势判断。

5.根据权利要求3所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述设备状态监控单元对振动信号设置阈值和偏差报警，对振动信号超过阈值且过滤处理后的信息进行报警，记录异常出现的时间以及位置信息并进行展示和保存；

对于振动时域信号采用同步触发采集或巡回采集，对采集的数字信号进行野点去除、滤波降噪预处理，消除干扰，提高信噪比和数据质量，对预处理后的数字信号进行振动速度、振动加速度的有效值、峰值、无量纲值和冲击量的静态特征量计算，实现趋势预警；同时对振动时域信号波形进行窗函数运算，执行精确傅里叶变换，提取频域状态、故障特征量指标，实现故障诊断；对温度信号设置阈值和偏差报警，对温度信号超过阈值且过滤处理后的信息进行报警，记录异常出现的时间以及位置信息进行展示和保存。

6.根据权利要求1所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述巡检机器人的视频摄像机对皮带输送机外观、落料、冒灰进行监测，视频摄像机具有防尘保护并且上传视频分辨率不低于高清1080P，支持视频播放、停止、抓图、录像及显示功能；所述红外线热成像仪对皮带输送机内出现的热量、集中烟雾、明火信息进行采集，且具备自动对焦功能，分辨率不低于384×288，红外图像显示影像中温度最高点位置及温度值，具有红外图像的成像数据，测量精度为读数的2%或2℃，取绝对值的大者，测量范围不小于－20～200℃；所述气体探测分析仪采集周围空气中的氧气及有毒有害气体的含量，氧气含量的检测精度为

0.1%体积分数,响应时间不大于30s，有毒有害气体含量的检测精度为1%体积分数,响应时间不大于20秒。

7.根据权利要求1所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述数据分析单元中数据存储管理模块的数据临时存储根据专业需要存储不超过一个月的原始分析数据，根据数据分类针对需要高频次使用的实时数据存储在redis实时数据库中，针对各类诊断结果、采集定量值关联数据存储在Postgresql或Mysql关系型数据库中，针对各类采集的状态数据存储在Hbase分布式数据库中。

8.根据权利要求1所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述设备监测诊断平台中用户权限配置模块用户管理包括用户添加、修改和删除的基本管理功能，权限管理包括定义用户角色，并允许用户自定义角色，根据不同角色设定页面浏览和操作权限。

9.根据权利要求1所述的皮带输送机无人化巡检系统，其特征在于：所述设备监测诊断平台还包括接口功能模块，所述接口功能模块预留并设计兼容性可扩展的通讯接口,数据通过兼容性可扩展的通讯接口供上位设备管理系统实时调用和读写。

说明书： 皮带输送机无人化巡检系统技术领域[0001] 本发明涉及设备监测与诊断技术领域，尤其涉及一种皮带输送机无人化巡检系统。背景技术[0002] 冶金行业原料输入主要设备是皮带运输机，皮带输送机主要由驱动装置、机架、传动辊筒、改向辊筒、输送带、张紧装置、托辊等组成。其特点是线长、面广、点多，日常巡检的工作负荷相当高。由于现场环境恶劣、温度高、粉尘大，且旋转设备本体检查困难，设备状态把握难度大，一旦出现故障，将影响物流的通畅，可能导致严重的安全生产事故。[0003] 皮带输送机主要是以输送带作为牵引和承载构件,通过承载物料的输送带的运动进行物料输送的连续输送设备，输送带绕经传动辊筒和尾部辊筒形成载物环形带，上下输送带由托辊支承以限制输送带的挠曲垂度，张紧装置为输送带正常运行提供所需的张力。工作时驱动装置驱动传动辊筒，通过传动辊筒和输送带之间的摩擦力驱动输送带运行，物料装在输送带上和输送带一起运动。

[0004] 目前，针对皮带输送机进行巡检时，基本采用五感的方式进行判断，其精度低，工作量大，不利于长期设备管理，无法及时发现设备存在的隐患与缺陷，也与提倡的设备智能化管理相悖。[0005] 目前，皮带运输机设备状态在线监测、报警系统是一种技术发展趋势。[0006] 在国内钢铁企业尚无此类皮带运输机设备状态综合在线监测预警无人化巡检系统。提升设备状态监测诊断技术智能化水平、减轻设备管理人员负荷，提高劳动效率。发明内容[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种皮带输送机无人化巡检系统，本系统克服传统人力巡检的缺陷，采用图像、视频、音频等智能识别技术提高设备状态把控能力，提升设备状态监测诊断的智能化水平，减轻设备管理人员负荷，提高劳动效率。[0008] 为解决上述技术问题，本发明皮带输送机无人化巡检系统包括音频及视频监控单元、设备状态监控单元、巡检机器人、数据分析单元和设备监测诊断平台，所述音频及视频监控单元以及设备状态监控单元经通讯链路连接所述数据分析单元，所述巡检机器人经无线AP或4G网络接入通讯链路后连接所述数据分析单元，所述数据分析单元通过网络连接所述设备监测诊断平台；所述音频及视频监控单元包括设于皮带输送机各驱动测点的网络摄像机、声波传感器和硬盘录像机，所述网络摄像机用于视频监控，声波传感器用于声音采集，视频信号存贮于所述硬盘录像机；

所述设备状态监控单元包括设于皮带输送机旋转部件的振动传感器和温度传感器，对旋转部件的轴承振动、温度进行实时监测；

所述巡检机器人挂轨于皮带输送机的皮带输送管廊，并设有带红外辅助光源的视频摄像机、红外线热成像仪和气体探测分析仪；

所述数据分析单元包括数据采集管理模块、数据通讯管理模块、数据存储管理模块和设备状态综合诊断模块，所述数据采集管理模块对接收的上发数据进行整体管控，通过配置实现外部数据的上传接收和数据解析的管理与调度；所述数据通讯管理模块对所接收的不同类型数据进行自动解析，并按照配置将数据归并至所对应的皮带输送机的指定测点下，完成测点与数据之间的自动关联，按照配置进行各类数值计算，提取各种分析需要的特征量；所述数据存储管理模块根据数据类型进行数据的实时存储、临时存储以及持久化存储管理；所述设备状态综合诊断模块预置通用分析模型，并综合各类状态数据，对皮带输送机状态进行综合分析诊断，针对不同的诊断结论触发相应的业务流程；

所述设备监测诊断平台包括设备树配置及基础信息配置模块、状态集中展示模块、报警事件管理模块、分类查询及报表统计模块和用户权限配置模块，所述设备树配置及基础信息配置模块对皮带输送机进行层级管理、属性管理、测点管理、检测参数管理和设备文档管理；所述状态集中展示模块实时展示被监控的设备状态、数量统计和预警信息；所述报警事件管理模块提供设置报警的设备归属和统计规则，形成报警生成后的传送、显示、推送和最终评估流程；所述分类查询及报表统计模块提供报表定义和查询功能；所述用户权限配置模块执行用户管理和权限管理。

[0009] 进一步，所述音频及视频监控单元通过可视化调取现场视频，进行图像识别，对皮带输送机各驱动测点场所进行监控；对音频信号进行时域信号分析、频谱分析，通过将正常工况的声波与异常工况的声波进行比较分析，对声强超过设定分贝且过滤处理后的信息进行报警，记录异常声音出现的时间以及位置信息并进行展示和保存。[0010] 进一步，所述设备状态监控单元的振动传感器和温度传感器设于皮带输送机的电机、减速机、辊筒，监测数据通过有线或无线网络传输，对于变转速设备选用有线网络传输，对于稳态设备且输出转速大于120转/分钟选用无线网络传输，关键皮带选用有线网络传输，非关键皮带选用无线网络传输，有线网络/光纤不具备的场合选用无线网络传输。[0011] 进一步，所述振动传感器和温度传感器是一体式传感器，并按如下原则配置测点：在电机前后端各布置一个水平测点，安装时一体式传感器靠近轴承座，小尺寸电机在电机负荷端布置一个水平测点；

齿轮箱测点方向按水平、垂直和轴向布置，且每一个轴承座设置一个测点，齿轮箱两侧均布置一个轴向测点，并错开同一根轴系；

在辊筒两侧轴承座位置各布置一个水平测点，鉴于辊套转速较低，振动信号作趋势判断。

[0012] 进一步，所述设备状态监控单元对振动信号设置阈值和偏差报警，对振动信号超过阈值且过滤处理后的信息进行报警，记录异常出现的时间以及位置信息并进行展示和保存；对于振动时域信号采用同步触发采集或巡回采集，对采集的数字信号进行野点去除、滤波降噪预处理，消除干扰，提高信噪比和数据质量，对预处理后的数字信号进行振动速度、振动加速度的有效值、峰值、无量纲值和冲击量的静态特征量计算，实现趋势预警；同时对振动时域信号波形进行窗函数运算，执行精确傅里叶变换，提取频域状态、故障特征量指标，实现故障诊断；对温度信号设置阈值和偏差报警，对温度信号超过阈值且过滤处理后的信息进行报警，记录异常出现的时间以及位置信息进行展示和保存。

[0013] 进一步，所述巡检机器人的视频摄像机对皮带输送机外观、落料、冒灰进行监测，视频摄像机具有防尘保护并且上传视频分辨率不低于高清1080P，支持视频播放、停止、抓图、录像及显示功能；所述红外线热成像仪对皮带输送机内出现的热量、集中烟雾、明火信息进行采集，且具备自动对焦功能，分辨率不低于384×288，红外图像显示影像中温度最高点位置及温度值，具有红外图像的成像数据，测量精度为读数的2%或2℃，取绝对值的大者，测量范围不小于－20～200℃；所述气体探测分析仪采集周围空气中的氧气及有毒有害气体的含量，氧气含量的检测精度为0.1%体积分数,响应时间不大于30s，有毒有害气体含量的检测精度为1%体积分数,响应时间不大于20秒。[0014] 进一步，所述数据分析单元中数据存储管理模块的数据临时存储根据专业需要存储不超过一个月的原始分析数据，根据数据分类针对需要高频次使用的实时数据存储在redis实时数据库中，针对各类诊断结果、采集定量值关联数据存储在Postgresql或Mysql关系型数据库中，针对各类采集的状态数据存储在Hbase分布式数据库中。[0015] 进一步，所述设备监测诊断平台中用户权限配置模块用户管理包括用户添加、修改和删除的基本管理功能，权限管理包括定义用户角色，并允许用户自定义角色，根据不同角色设定页面浏览和操作权限。[0016] 进一步，所述设备监测诊断平台还包括接口功能模块，所述接口功能模块预留并设计兼容性可扩展的通讯接口,数据通过兼容性可扩展的通讯接口供上位设备管理系统实时调用和读写。由于本发明皮带输送机无人化巡检系统采用了上述技术方案，即本系统包括音频及视频监控单元、设备状态监控单元、巡检机器人、数据分析单元和设备监测诊断平台，音频及视频监控单元以及设备状态监控单元经通讯链路连接数据分析单元，巡检机器人经无线AP或4G网络接入通讯链路后连接数据分析单元，数据分析单元通过网络连接设备监测诊断平台；音频及视频监控单元采用网络摄像机和声波传感器对测点进行监控，设备状态监控单元在皮带输送机旋转部件设置监测振动和温度状态的振动传感器和温度传感器，巡检机器人设有带红外辅助光源的视频摄像机、红外线热成像仪和气体探测分析仪，对皮带输送机环境进行监测；监测数据传输至数据分析单元，数据分析单元对采集的数据进行管理、存储和诊断分析，并传输至设备监测诊断平台，设备监测诊断平台对设备及状态进行管理，以及报警事件管理，并给出分类查询及报表统计。本系统克服传统人力巡检的缺陷，采用图像、视频、音频等智能识别技术提高设备状态把控能力，提升设备状态监测诊断的智能化水平，减轻设备管理人员负荷，提高劳动效率。

[0017]附图说明[0018] 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：图1为本发明皮带输送机无人化巡检系统原理框图。

具体实施方式[0019] 实施例如图1所示，本发明皮带输送机无人化巡检系统包括音频及视频监控单元、设备状态监控单元、巡检机器人、数据分析单元和设备监测诊断平台，所述音频及视频监控单元以及设备状态监控单元经通讯链路连接所述数据分析单元，所述巡检机器人经无线AP或4G网络接入通讯链路后连接所述数据分析单元，所述数据分析单元通过网络连接所述设备监测诊断平台；所述音频及视频监控单元包括设于皮带输送机各驱动测点的网络摄像机、声波传感器和硬盘录像机，所述网络摄像机用于视频监控，声波传感器用于声音采集，视频信号存贮于所述硬盘录像机，音频信号由数据分析单元进行统一管理；

所述设备状态监控单元包括设于皮带输送机旋转部件的振动传感器和温度传感器，对旋转部件的轴承振动、温度进行实时监测；其中，振动传感器宜采用加速度传感器；

所述巡检机器人挂轨于皮带输送机的皮带输送管廊，并设有带红外辅助光源的视频摄像机、红外线热成像仪和气体探测分析仪；其中，巡检机器人还包括有无线通讯系统、无线充电装置、定位模块、后台监控平台等组件，采用人工控制半自主或全自主的控制模式，用于皮带管廊巡检作业；

所述数据分析单元包括数据采集管理模块、数据通讯管理模块、数据存储管理模块和设备状态综合诊断模块，所述数据采集管理模块对接收的上发数据进行整体管控，通过配置实现外部数据的上传接收和数据解析的管理与调度，该模块针对配置的通讯链路进行数据通讯的实时监控，对各通讯链路进行通讯过程状态跟踪，对出现的异常进行自动恢复，长期无应答通路形成通讯故障预警并上报，以保证通讯链路的稳定与安全；所述数据通讯管理模块对所接收的不同类型数据进行自动解析，并按照配置将数据归并至所对应的皮带输送机的指定测点下，完成测点与数据之间的自动关联，按照配置进行各类数值计算，提取各种分析需要的特征量；所述数据存储管理模块根据数据类型进行数据的实时存储、临时存储以及持久化存储管理；所述设备状态综合诊断模块预置通用分析模型，并综合各类状态数据，对皮带输送机状态进行综合分析诊断，针对不同的诊断结论触发相应的业务流程；

所述设备监测诊断平台包括设备树配置及基础信息配置模块、状态集中展示模块、报警事件管理模块、分类查询及报表统计模块和用户权限配置模块，所述设备树配置及基础信息配置模块对皮带输送机进行层级管理、属性管理、测点管理、检测参数管理和设备文档管理；所述状态集中展示模块实时展示被监控的设备状态、数量统计和预警信息；所述报警事件管理模块提供设置报警的设备归属和统计规则，形成报警生成后的传送、显示、推送和最终评估流程；所述分类查询及报表统计模块提供报表定义和查询功能；所述用户权限配置模块执行用户管理和权限管理。

[0020] 优选的，所述音频及视频监控单元通过可视化调取现场视频，进行图像识别，对皮带输送机各驱动测点场所进行监控；对音频信号进行时域信号分析、频谱分析，通过将正常工况的声波与异常工况的声波进行比较分析，对声强超过设定分贝且过滤处理后的信息进行报警，记录异常声音出现的时间以及位置信息并进行展示和保存。[0021] 优选的，所述设备状态监控单元的振动传感器和温度传感器设于皮带输送机的电机、减速机、辊筒，监测数据通过有线或无线网络传输，对于变转速设备选用有线网络传输，对于稳态设备且输出转速大于120转/分钟选用无线网络传输，关键皮带选用有线网络传输，非关键皮带选用无线网络传输，有线网络/光纤不具备的场合选用无线网络传输。[0022] 优选的，所述振动传感器和温度传感器是一体式传感器，并按如下原则配置测点：在电机前后端各布置一个水平测点，安装时一体式传感器靠近轴承座，小尺寸电机在电机负荷端布置一个水平测点；

齿轮箱测点方向按水平、垂直和轴向布置，且每一个轴承座设置一个测点，齿轮箱两侧均布置一个轴向测点，并错开同一根轴系；

在辊筒两侧轴承座位置各布置一个水平测点，鉴于辊套转速较低，振动信号作趋势判断。

[0023] 优选的，所述设备状态监控单元对振动信号设置阈值和偏差报警，对振动信号超过阈值且过滤处理后的信息进行报警，记录异常出现的时间以及位置信息并进行展示和保存；对于振动时域信号采用同步触发采集或巡回采集，对采集的数字信号进行野点去除、滤波降噪预处理，消除干扰，提高信噪比和数据质量，对预处理后的数字信号进行振动速度、振动加速度的有效值、峰值、无量纲值和冲击量的静态特征量计算，实现趋势预警；其中，无量纲值包括峭度、歪度等数据；同时对振动时域信号波形进行窗函数运算，执行精确傅里叶变换，提取频域状态、故障特征量指标，实现故障诊断；对温度信号设置阈值和偏差报警，对温度信号超过阈值且过滤处理后的信息进行报警，记录异常出现的时间以及位置信息进行展示和保存。

[0024] 优选的，所述巡检机器人的视频摄像机对皮带输送机外观、落料、冒灰进行监测，视频摄像机具有防尘保护并且上传视频分辨率不低于高清1080P，支持视频播放、停止、抓图、录像及显示功能；所述红外线热成像仪对皮带输送机内出现的热量、集中烟雾、明火信息进行采集，且具备自动对焦功能，分辨率不低于384×288，红外图像显示影像中温度最高点位置及温度值，具有红外图像的成像数据，测量精度为读数的2%或2℃，取绝对值的大者，测量范围不小于－20～200℃；所述气体探测分析仪采集周围空气中的氧气及有毒有害气体的含量，氧气含量的检测精度为0.1%体积分数,响应时间不大于30s，有毒有害气体含量的检测精度为1%体积分数,响应时间不大于20秒。[0025] 优选的，所述数据分析单元中数据存储管理模块的数据临时存储根据专业需要存储不超过一个月的原始分析数据，根据数据分类针对需要高频次使用的实时数据存储在redis实时数据库中，针对各类诊断结果、采集定量值关联数据存储在Postgresql或Mysql关系型数据库中，针对各类采集的状态数据存储在Hbase分布式数据库中。[0026] 优选的，所述设备监测诊断平台中用户权限配置模块用户管理包括用户添加、修改和删除的基本管理功能，权限管理包括定义用户角色，并允许用户自定义角色，根据不同角色设定页面浏览和操作权限。[0027] 优选的，所述设备监测诊断平台还包括接口功能模块，所述接口功能模块预留并设计兼容性可扩展的通讯接口,数据通过兼容性可扩展的通讯接口供上位设备管理系统实时调用和读写。[0028] 本巡检系统主要针对皮带输送机的皮带、电机、齿轮箱、辊筒等相关重要设备进行监控，系统架构采用采集层、分析层、应用层的三层架构构成，通过采集设备相关的状态数据和自检信息，对数据进行过滤和清洗等预处理，实现数据采集、分析、存储以及诊断等功能，并实现设备基础管理、设备预警、诊断及信息推送。提升设备状态监测诊断的智能化水平、减轻设备管理人员负荷，提高劳动效率，实现皮带输送机的无人化巡检。[0029] 其中，采集层将设备状态数据和自检信息进行过滤和清洗等预处理，并将数据上传到分析层；分析层实现数据收集、分析、存储以及诊断等功能，按照数据处理配置的策略，将接收的数据进行解析，进行数据后续处理和存储，并将数据按格式要求上传到应用层；应用层实现设备基础管理、设备预警、诊断及信息推送。同时预留并设计兼容性可扩展的功能模块,数据可通过TCP/IP的标准通信协议接口供上位设备管理系统实时调用和读写。[0030] 本巡检系统应用范围广，特别适用于皮带输送机等物料输送设备的无人化巡检。提升设备状态监测诊断技术的智能化水平，减轻设备管理人员负荷，提高劳动效率，确保物料输送设备的正常、可靠运行。