基于智能巡視系統的港口皮帶機遠程巡檢體系

摘要：傳統皮帶機的巡檢基于人員進行巡視檢查，存在安全性差、覆蓋面不足、巡視效果不佳等問題。研究基于智能巡視軟件與設備遠程在線監測為主的皮帶機無人巡檢模式及其具體運用，該自動巡檢模式具有智能監測、自動巡檢、自動保護、設備狀態分析等功能特性，尚屬碼頭皮帶機行業較為先進的系統性創新改進，具有減少人工、降本增效、提高安全性等特點。

關鍵詞：皮帶機;智能巡視;在線監測

1" "皮帶機巡檢概況

皮帶機是當前我國散貨港口的主力平面運輸裝備，基于皮帶流程的裝卸體系，多以橋式卸船機和堆取料機、裝車機、裝車樓等半自動化堆裝設備為核心，具有裝卸效率高、連續性強、人力占用少等優點。

但是傳統皮帶機流程多依靠人員進行設備巡視和檢查。以山東港口日照港二公司為例，日照港股份二公司皮帶總長16.7km，包含27條皮帶機，分別連接系統一期與系統二期兩個系統堆場，可以在同時接卸2條20萬t級礦石船舶的同時進行4列火車裝車作業。整個系統流程年通過能力4800萬t，在我國礦石碼頭中居于領先地位。

由于建設年代較早，信息化水平、現場設備感知能力有限，二公司皮帶系統與周邊港口一樣，主要依靠人員進行設備巡視檢查與啟動前安全確認，27條皮帶機平均配屬27名巡檢人員，每班次，平均每條皮帶機配置1人，略低于沿海港口平均水平（每條皮帶機配置1～1.5人）。

2" "原巡檢模式升級的必要性

基于人員巡視的皮帶機巡檢模式主要存在如下7個問題：

一是基于人員的巡視檢查多為輪詢模式，且周期較長，皮帶流程現場巡視范圍較大，人員巡視難以做到對關鍵部位連續不間斷的實時監測。

二是人員技能水平參差不齊，導致巡視質量有高有低。對于設備故障及隱患現象的發現過多依靠目視、耳聞及手持式溫度探測等原始監測手段，并依靠經驗對設備狀態進行主觀判斷，并不能保證統一標準的巡視質量。

三是現場環境及工況較為惡略，現場存在大量煤炭粉塵、礦石粉塵等，對巡視工身體健康影響較大。

四是巡視工一般為3班24h工作制，工作內容枯燥、強度大、待遇低，造成人員流動大、招工難度大。

五是巡視人員很難保持較高的工作熱情和專注力，容易發生疲勞作業和意外傷害。

六是由于人為的主觀因素，造成巡視不及時或者不全面造成設備的損失，以及因設備故障造成的停產損失無法估量。

七是給巡檢人員造成較大安全隱患。對沿海港口既往安全生產事故進行分析可以得出，絕大多數事故傷害對象為皮帶巡視人員。

針對傳統皮帶巡檢模式進行升級，各港口均做過不同類型探索，但多集中于單種類監控方式的升級，如視頻或溫度探測等。此類升級在應用性上存在一定缺陷與不足，為全面提升皮帶機遠程監控能力與感知水平，山東港口日照港二公司做了一種全新模式的探索，即以軟件綜合集成為特色皮帶機智能遠程巡視體系。

3" "皮帶機智能遠程巡視體系

本項目基于物聯網、互聯網、自動控制、可視化等技術平臺，通過大數據、智能識別、精確定位、自動監測、設備狀態分析等先進技術的集成應用，研發了具有智能理貨全面監控、智能報警、一鍵巡檢、自動保護糾正、信息綜合集成等功能于一體的皮帶機智能巡視體系。皮帶機智能巡視體系主要包括現場感知防護升級與智能軟件綜合集成兩個方面。

3.1" "現場感知防護升級

根據需求，遠程巡視體系在現場感知防護升級方面配備視頻監控系統、智能雙感溫度監測系統、設備振動分析系統，皮帶機急停/復位無線遙控系統、皮帶機自主糾偏系統、皮帶機被動防護系統等等內容。

3.1.1" "視頻監控覆蓋系統

以遠程視頻監控代替人工現場巡視，在皮帶流程關鍵部位部署108個高清攝像機，用以實現對皮帶流程關鍵部位的全時段覆蓋。攝像機應用入侵智能檢測功能，當攝像機覆蓋的皮帶機關鍵位置，出現人員活動及大幅度畫面變化時，系統自動彈出報警，可以有效檢測、發現皮帶運轉過程中各類人員進入類安全隱患。視頻人員入侵檢測如圖1所示。

相較其他分布式監控系統，本項目配備的視頻監控系統具有2個特點：一是實現了皮帶流程與視頻監控的連鎖，可以一鍵對啟動流程的關鍵部位狀態進行全面顯示，方便確認啟動狀態。二是實現了運轉流程攝像頭動態輪巡顯示，可以對流程運行中各部位安全狀態進行不間斷檢查。

3.1.2" "智能雙感溫度監測體系

在皮帶機驅動部位部署熱成像雙目攝像機，利用紅外線圖像識別功能，對驅動部進行區域溫度監測。在每條皮帶機驅動部主要裝置安裝振動溫度一體式探測器，實現對驅動滾筒、減速機、電機的振動溫度精準監測。

兩種溫度監測手段均與后臺流程進行連鎖，一旦溫度超過設定溫度閾值便自動報警，通知設備管理人員前往確認。兩種監測方式聯合，既能對皮帶機驅動部范圍溫度進行實時監測與圖像化顯示，也能對驅動部件等關鍵部位進行精準測溫，便于及時發現各類溫度異常現象，從根源上解決皮帶機火災預警問題。智能雙感溫度監測預警如圖2所示。

3.1.3" "港口設備智能感知系統

利用振動溫度傳感器實時采集設備震動數據，構建港口設備智能感知系統，依托大數據及歷史故障數據，對振動數值進行綜合比對分析。依托人工智能預測功能，實現對電機、減速箱、滾筒類的關鍵裝置典型故障早發期提供預警及狀態評估，并提供設備健康度監測及故障提前預知。典型機械故障早期預警，有利于盡早開展設備預防性維修，減少運轉過程中突發故障。港口設備智能感知系統如圖3所示。

3.1.4" "皮帶機急停/復位無線遙控系統

即運用一種皮帶機雙向拉繩無線控制裝置，通過無線收發裝置，在巡檢人員發現皮帶機故障，需要進入急停狀態時，巡檢人員按壓手持遙控器對應的停機按鈕。其通過內部、外部繼電器信號交互，與皮帶機急停系統形成自鎖，使需要急停的設備立即停機。

3.1.5" "皮帶機自主糾偏系統

目前國內皮帶機跑偏自動調整方面的研究，主要依托于被動糾偏托輥的被動調節恢復，存在調節效果差、時滯較高等問題。本項目研發運用的皮帶機自主糾偏系統，依靠視覺-機械聯動式跑偏檢測及電動調節技術，設計循環反饋調整程序，利用PLC控制，對皮帶機跑偏現象實現主動監測、循環反饋、適時調整，徹底擺脫過去人力調整跑偏的滯后性與被動糾偏模式糾偏效果不佳的弊病。皮帶機自動糾偏系統如圖4所示。

3.1.6" "皮帶機被動防護系統

針對皮帶機跑偏、料堵、欠速、撕裂、漲緊臺車狀態異常等常見故障，分別設計應用多種交互式皮帶機被動防護狀態檢測開關，并將檢測開關信號與皮帶機SCADA控制系統進行互聯互通，全面提升皮帶機系統狀態異常監測水平。其中，基于220V/24V雙源欠速監測、基于低速阻旋模式的料堵監測、基于激光圖像識別的撕裂及接頭監測等多種監測模式均為國內首創或領先水平。

3.2" "智能巡視軟件綜合集成

在對皮帶機現場監測及自動防護模式進行升級的同時，依托物聯網技術搭建皮帶機智能巡視系統，實現日照港二公司礦石皮帶機的智能巡檢。該智能巡視軟件將皮帶機運相關的全部傳感器和設備信號進行數據集成，實時采集、處理、分析、展示皮帶機或其相關設備的流量、溫度、速度、振動、電壓、電流、功率及保護開關信號等各類數據信息，智能巡視系統同時支持PC端WEB顯示與移動端APP安裝。

3.2.1" "運行狀態實時監測及控制功能

根據合理的層級關系將采集到的各類數據進行展示，相關人員可通過總覽界面觀察整個皮帶機情況，亦可詳細查看局部數據。其畫面既能顯示當前流程中所涵蓋的皮帶機運行狀態，也能夠僅顯示當前流程中某一條或幾條皮帶的運行狀態。當檢測到相關參數達到停機要求時，通過接口發送給皮帶機控制系統停機信號，由原控制系統進行停機。

3.2.2" "視頻監控報警及分析功能

其配裝的可見光相機具備侵入檢測功能，當預設區域內有人員進入，該平臺會發出報警。熱成像相機具備溫度顯示和自動巡航功能，能夠將監控內目標區域溫度值實時回傳，能夠周期性對多個監控視角進行切換。

3.2.3" "報警及監控聯動功能

用戶可以從該軟件平臺跳轉到視頻監控平臺。當該平臺發出視頻報警時，相關監控畫面將自動在當前用戶界面中彈出。

3.2.4" "GIS及位置管理功能

智能巡視系統具備位置管理功能，依托GIS服務、手持定位終端以及門禁系統，可對員工位置信息進行管理。實現了對現場人員的實時定位、既往軌跡回溯、危險位置報警等功能。

4" "皮帶機遠程巡檢體系應用效果

皮帶機遠程巡檢體系，依托皮帶機遠程狀態監測系統與軟件綜合集成系統，綜合運用大數據、互聯網、人工智能等先進技術，實現了皮帶流程無人巡視。目前我們已對日照港二公司27條皮帶機實施了升級改造，升級改造后皮帶系統通過量6000萬t。本巡檢體系屬于針對皮帶機系統的較為先進的系統性創新改進，具有減人、提效、降本、增安、提質等推廣優勢。

4.1" "可降低人工成本

該系統用遠程視頻巡視代替了現場人員就地巡視，減少了皮帶機巡視人員數量，降低了人工成本，使運營維護工作質量得到有效提高。系統運用后，現場人員由原來每班次26人降低到每班次10人，主要職能也由皮帶機巡視轉變為應急處置與積料清理，減少巡視人員48人，每年可減少人力費用支出288萬元。

4.2" "減少停機并提高生產率

智能巡視系統對故障可以提前發現，并可通知維修人員進行維修，減少了因故障帶來的停機次數。據統計，2021年流程異常中斷次數同比下降84次，下降51%，皮帶機啟動前檢查由原來30min/次變為10min/次，流程準備時間降低70%，提高了生產效率。

4.3" "提高安全性

區域門禁系統的使用，避免了外來人員隨意進出皮帶機區域的安全隱患，實現了本質安全，降低了人身傷害事故發生的概率。自系統2021年應用至今，通過遠程巡視發現隱患270余項，避免6起耦合器高溫故障、37起皮帶劃傷、13起漏斗堵斗，保障了整個流程的安全。

5" "結語

傳統皮帶機的巡檢基于人員進行巡視檢查，存在安全性差、覆蓋面不足、巡視效果不佳等問題。基于此，本文研究基于智能巡視軟件與設備遠程在線監測為主的皮帶機無人巡檢模式及其具體運用。該自動巡檢模式具有智能監測、自動巡檢、自動保護、設備狀態分析等功能特性，尚屬碼頭皮帶機行業較為先進的系統性創新改進，具有減少人人工、降本增效、提高安全性等特點。目前，國內散貨碼頭作業過程中，普遍采用人工巡檢的方式，擁有非常大的推廣空間。本皮帶機巡檢體系有利于散貨碼頭精細化管理以及生產效能的提升，應用潛力巨大，推廣前景廣闊。