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基于激光测距原理的带式输送机监控系统对煤流量的检测

苗长云;杨育坤;厉振宇

【期刊名称】《《天津工业大学学报》》

【年(卷),期】2019(038)005

【总页数】6页(P70-75)

【关键词】带式输送机;监控系统;煤流量;激光测距原理;检测算法

【作者】苗长云;杨育坤;厉振宇

【作者单位】天津工业大学电子与信息工程学院天津300387

【正文语种】中文

【中图分类】TP216

带式输送机是一种现代化生产中的连续运输设备，具有运量大、运距远、能耗小、

运费低、效率高等优点，是工业运输的主力工具，广泛应用于煤炭、矿山、港口、

电力等领域[1-2]。带式输送机在生产过程中，一方面需要计量物料运输量，另一

方面为了安全和节能需要，采用带式输送机变频调速控制使输送机运行在最佳负荷

状态[3-6]，根据瞬时煤流量调节带式输送机的运行速度[7]，需要对带式输送机煤

流量进行实时检测。

目前，带式输送机煤流量检测方法主要有电子皮带秤、核子秤和超声波测距仪等。

电子皮带秤检测方法是接触式测量，测量准确性和可靠性差[8-10]；核子秤检测方

法是非接触式的散装物料在线检测方法[11]，利用物料对γ射线束吸收的原理[10，

12]，对带式输送机传送的煤流量进行在线连续计量，由于采用了放射性物质[9，

13-14]，对环境和人体危害大，存在安全隐患；超声波测距仪检测方法利用超声

波检测原理，通过反射回来的声波实现煤流量检测，存在抗干扰性能和准确性差等

问题。由于生产条件限制，带式输送机的运煤量是不均匀的[15]，煤流量难以实现

准确测量，导致带式输送机不能根据负载情况实时调整电动机速度。

针对以上问题，本文为带式输送机监控系统提出了一种基于激光测距原理的煤流量

检测算法，采用TCP/IP协议和C#语言编写上位机软件，实现激光测距仪与上位

机的通信；采用激光测矩仪采集输送带表面和煤流的横向轮廓点云数据，采用扇形

面积积分方法计算输送带上煤的横向轮廓面积，结合煤的密度和输送带运行速度计

算煤流量；并搭建实验平台对带式输送机煤流量进行实时检测，验证其检测效果。

1监控系统组成

具有煤流量检测功能的带式输送机监控系统由上位机、核心交换机、监控终端、急

停开关、网络电话、视频监控探头、系列传感器、控制设备和激光扫描仪等部分组

成，如图1所示。

图1具有煤流量检测功能的带式输送机监控系统结构Fig.1Structurediagramof

beltconveyormonitoringsystemwithcoalflowdetectionfunction

该系统能够实现带式输送机状态检测、控制、语音通信、视频监控、显示及历史记

录归档和报警等功能。

（1）上位机是监控系统的监测和控制中心，通过核心交换机接入环网，可以实时

有效地查看带式输送机的工作状态，并实现对带式输送机故障的检测、分析和处理。

（2）监控终端通过系列传感器实现对带式输送机运行状态和现场环境信息的采集，

通过控制设备实现对带式输送机的控制。

（3）视频监控探头可以通过以太网接口接入监控终端、急停开关和网络电话终端，

用于采集带式输送机关键部位的视频图像。

（4）网络电话用于实现一对一、一对多的扩音呼叫、全双工扩音通话、扩音广播

和扩音报警功能。

（5）急停开关实现急停控制，通过以太网接入环网，分布于输送机沿线，通过急

停拉线连接起来，同时为沿线传感器和网络设备接入提供接口[16]。

（6）激光测距仪是监控系统中实现带式输送机煤流量检测的传感器设备，可以通

过监控终端、急停开关或环网交换机接入带式输送机监控系统。监控终端通过以太

环网和交换模块将激光测距仪采集的数据上传给上位机，上位机通过算法对激光测

距仪采集数据进行处理，计算出实时煤流量并在软件界面显示，实现输送带上定点

煤流量的实时检测和监控。

2激光测距原理

激光测距仪的测量原理如图2所示。

图2激光测距仪的测量原理Fig.2Measurementprincipleoflaserrangefinder

二维激光测距仪是一个电光的激光测量传感器，在一个平面周围进行激光扫描，测

量二维坐标下周围的物体，当扫描激光束碰到物体时，能够获得距离和方向2个

决定位置的信息。

（1）距离信息的获取原理：一个激光二极管发射的脉冲激光束遇到物体时发生反

射，反射激光束由另一个光电二极管检测并接收，利用从发射脉冲激光到接收反射

激光的传播时间计算距离信息。

（2）方向信息的测量原理：在测量过程中激光扫描仪