MTC-A提升绞车钢丝绳在线自动监测系统
基于机器视觉的钢丝绳检测数据自动处理与分析系统的研究与应用
基于机器视觉的钢丝绳检测数据自动处理与分析系统的研究与
应用
任志国
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2024(65)6
【摘要】为了解决钢丝绳传统拆股检测存在的效率较低、数据处理量大、计算量大以及多股钢丝绳数据检测难度较大等问题,在分析了钢丝绳结构特点的基础上,采用机器视觉技术和人工智能检测算法搭建了钢丝绳数据自动检测与处理系统,实现了对钢丝绳状态和力学特性的智能检测与在线实时处理,并以现场使用的圆股钢丝绳为实验对象,对机器视觉钢丝绳智能检测系统进行了应用调试。
结果表明,钢丝绳智能检测数据处理系统能准确获取钢丝绳的物理性能参数,距离位置偏差仅为0.02 mm,有效提高了钢丝绳检测数据的效率。
【总页数】3页(P155-157)
【作者】任志国
【作者单位】山西省节能中心有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TP271
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矿用钢丝绳无损检测讲解
矿用钢丝绳无损检测摘要：矿用钢丝绳作为矿井提升、运输及承载设备中的关键零机构，其安全性极为重要。
本文以矿用钢丝绳为研究对象，简述矿用钢丝绳无损检测的意义,分析了矿用钢丝绳的结构、缺陷类型及报废标准，针对矿用钢丝绳的局部LF缺陷，简述了矿用钢丝绳漏磁检测原理和合适的励磁技术，根据磁荷分析理论和磁场矢量叠加基本原理，采用局部缺陷LF法对钢丝绳断丝漏磁理论进行了分析，最后阐述了矿用钢丝绳漏磁检测系统的构成。
关键词：矿用钢丝绳断丝漏磁检测Nondestructive Testing for Mine Wire Rope Abstract：Mine wire rope, as key transport and hoist equipment in the production of mine, whose safety is very important. This paper, takes the mine wire rope as the object of study, describes the significance of nondestructive testing of mine wire rope, analyzes its structure, fault types and scrapped rules. In the light of the Localized Fault of the steel rope, researches the principle and appropriate excitation technique of magnetic leakage detection for mine steel wire rope, according to the analysis of the basic theory of the principle of magnetic charge and the magnetic field vector superposition, uses the Localized Fault method to analyzes the broken wires of wire rope magnetic flux leakage theory. andfinally elaborates the framework of the wire rope magnetic leakage detection system.Keywords: mine wire rope broken wire nondestructive testing1.前言1.1矿用钢丝绳无损检测的意义钢丝绳是一种重要的绕性构件，因其具有较高的抗拉强度和抗疲劳强度、自重轻、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强以及在高速工作条件下运行和卷绕无噪声等诸多优点，在矿产、冶金、交通、建筑等国民经济主要行业和部门的提升、运输及牵引等设备中得到广泛的应用，如各类矿井提升机、起重机、货运客运索道、电梯、等都大量地使用钢丝绳。
矿山机电设备自动在线监测与故障诊断系统
矿山机电设备自动在线监测与故障诊断系统摘要：现阶段，国内矿山勘测设备管理和故障预防措施仅仅是依靠维修诊断，而这种方式仍会造成一定的损失，因此实现机电设备自动在线监测与故障诊断越来越重要。
通过系统需求分析设计系统结构框架，并通过硬件和软件设计,完成自动在线监测与故障诊断系统的全部设计。
本文就结合矿山生产的实际情况对机电设备运行中在线监测与故障诊断系统的应用展开探讨。
关键词：机电设备管理；自动在线监测；故障诊断系统引言：煤矿机电设备是保障矿井安全开采的关键，尤其是提升系统的机电设备。
基于科技进步发展和工业生产水平的改进，矿井提升设备不断研发，以实现更大程度的自动化和复杂性。
故障发生直接影响安全性并导致大规模的经济损失和伤亡。
最近，对矿井机电设备的可靠性和安全性越来越高的要求，需要高效复杂的故障诊断技术。
依靠人工行动以解决操作问题或进行日常维护已经越来越困难。
有效解决方案是建立一种基于物联网的提升设备智能化系统，其中包含远程监控和故障诊断系统。
通过对煤矿机电设备智能系统的开发模式和远程故障监测系统的关键技术研究，实现了远程故障监测系统在实际工程中的实践应用。
1矿山机电设备发生故障的原因分析由于矿山开采所处环境较为复杂，机电设备在运行过程中需要面对恶劣的工作环境，并且负荷较大的机电设备相比其他设备更容易产生故障问题，通过对以往机电设备故障进行分析，造成设备故障的原因主要有以下几方面：（1）设备运行负荷过大，机电设备在生产制造中都会对其核定功率与工作负载极限有一定的要求，而矿山开采往往需要大量高负荷的工作内容，对于一些常用机电设备的使用频率较高，机电设备在此环境下容易产生高负荷、超负荷的现象，长时间作用下就会对机电设备造成极大的损伤，从而引发各种故障问题。
（2）机电设备运行能力下降，机电设备运行能力下降的原因有很多种，第一，设备在使用过程中由于时间长、负荷大出现内部构件过热，而矿山开采环境作用下，机电设备散热受到很大影响，如果得不到及时的处理就会由于设备过热而降低工作效率，甚至引发机电设备故障。
钢丝绳探伤仪技术参数
钢丝绳探伤仪技术参数钢丝绳探伤仪技术规格书一、执行标准1、中国国家标准gb21837-2021《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》2、美国标准astme1571《电磁方法检测铁磁性钢丝绳标准条例》3、上海市企业标准q/nyat01-97《mtc 钢丝绳安全检测仪》4、《煤矿安全规程》2021版5.煤炭行业标准MT/t970-2022钢丝绳（缆）在线无损定量检测方法及判定规则二。
技术指标1、受测钢丝绳直径：φ1.5―56mm（根据用户需求配置不同规格的传感器）2、传感器与钢丝绳相对速度：0.0―12.0m/s（最佳：2.0m/s）3、断丝缺陷（lf）检测：定性：单个集中断线的定性检测准确率为99.99%。
定量：允许错误判断单个集中断丝的数量单处集中断丝根数无误差定量检测100次以上准确率≥95%4.金属横截面积定量变化率（LMA）的检测能力：检测灵敏度重复性允许误差：±0.055%检测精度示值允许误差：±0.2％5、位置（l）检测能力：检测长度指示值的百分比误差：±0.3%6。
电源：电池供电5V7、环境温度：-20℃～+50℃大气压力：86-206kpa相对湿度20-98%三、功能特点1.传感功能：浮动定心、导套变径、集磁环密集设置、磁传感器阵列组合、一个套传感单元可覆盖老产品多个探头的信号采集和放大等功能。
2.转换功能：直接选用美国原装进口模块，实现ad模数转换、小波变换、降噪声剔除等强大功能。
3.信号传输：全数字传输。
还可以根据用户要求配置无线遥测（半径>1600m）。
4.计算机平台：Windows界面，可安装和使用任何品牌的计算机。
5.软件操作：鼠标点击，全中文菜单。
第1页6.分析处理方式：人机对话+自动分析。
7、操作简单：人性化操作，（只要会开电视机的人，培训20分钟就会使用）。
8、报警特点：在线检测，当缺陷按设定超标时，立即实时声光报警，人性化操它实用可靠。
9、在线显示：如同心电图，以波形递进方式实时显示钢丝绳的状态。
凿井悬吊钢丝绳在线监测控制系统简述
该段 子程 序 主要 负责 系统 多 组 测量 数 据 的 网络通 讯 及人 机界 面 数据 处 理 。
・ Ｆ ３ 检 修 子 程 序 Ｃ ：
受 力 曲线是 将 实 时 采集 到 的参 数 时 间 为索 引 的各 个 变量值 的记录 数据 在屏 幕上 以点的形 式绘制 ， 是点 的
・ Ｆ ２ 通 讯 子 程 序 Ｃ ：
每 一 个监 测 至少对 应 一个 变量 ， 当系统 运行 时 ， 系
统会 把 所 有 监 测点 的 值 ： 压 力 、拉力 等按 变量 的组 如 织形 式存 储 到 数 据 库 中 ， 记 录 当 时 的 采集 时 间 ， 并 这
样， 一段 时 间 内 ， 形成 了以 时间为 索 引的各 个变 量值 就
及 功 能扩展 容易 ， 品牌产 品 。 属
２ ３ 人 机 界 面 ．
数 据显示 采用 工业级 触摸 屏作 为人 机界 面 ， 利用 它
ＨＭ Ｉ 缆 采 用 ＲＳ ８ 通 讯 协 议 与 Ｐ 电 ４５ ＬＣ进 行 实 时 数 据 交
图 ４ 程 序原理 结构框 图
编 制 应 用 软 件 之 前 ， 先 要 对 系 统 进 行 以 下 步 骤 的 首
报 警 和 执 行 断 电 ，联 机 控 制 需 用 ，选 用 德ห้องสมุดไป่ตู้国 西 门子
Ｅ ２ １高精度 模拟量 处理器 实现模数 数据信 号转 换处 Ｍ ３
理 。选型依 据是德 国西门子 ￥ － ０ ＰＬＣ市场 占有率 ７ ２０ 高， 配件 易购且 相对 比较 经济 ， 定性好 ， 度 高 ， 稳 精 升级
・ ＦＣ ： ４ 开关量处理子程序 该 子程 序主 要功 能是 ： 处理 机组 范 围 内外 所有 开关
钢丝绳检测作业规程
中国船级社实业公司钢丝绳检测作业规程文件编号：版号：生效日期：分发号：编制：日期：审核：日期：批准：日期：钢丝绳检测作业规程1概述为保证客户产品的质量和使用的安全性，本着科学、公正的原则，钢丝绳探伤用于对提升、运输、旅游索道等用钢丝绳强度损失的检测,可定量地检测出内外部锈蚀、磨损、断丝、而造成的金属断面积损失,可查出钢丝绳外部断丝及其所在位置,实现了锈蚀、磨损、断丝检测的一体化.2范围本规程适用于提升、运输、旅游索道、港口吊机、电梯等用钢丝绳的检验,能检测钢丝绳直径为Φ1.5—200 mm。
3人员资质从事钢丝绳检测的人员必须持有国家有关部门或者之相等的国际知名检测机构颁发的与其工作相适应的资质证书。
4仪器设备与传感器MTC设备4.1.1 MTC检测仪是由最新电磁原理的传感器和以电脑为载体的软件组成的虚拟仪器。
4.1.2 仪器检测的灵敏度重复性误差允许±0.05%。
4.1.3 仪器检测的精度误差≤±2CM，检测长度误差±0.3%。
4.1.4 断丝缺陷（LF）检测能力定性：单位集中断丝定性检测准确率99.99%定量：单处集中断丝根数允许有一根或一当量根误判；单处集中断丝根数无误差定量检测100次以上准确率≥92%。
工作原理4.2.1 磁化饱和当受测钢丝绳通过传感器时，传感器中的高磁积能稀土钕提铁硼永久磁钢轴向、快速、深度磁化钢丝绳并达到磁饱和。
4.2.2 信号采集钢丝绳内外部的断丝、锈蚀、松股引发扩散的漏磁场信号，由聚磁环集中并通过周围的磁敏元件获取。
钢丝绳内外部的金属截面机的磨损变化引发磁通量的变化，则被磁敏元件获取。
4.2.3 AD转换二类信号经处理后转化为数字信号并输入电脑。
4.2.4 分析诊断基于理论推导、实验室和现场数据统计，建立最小离散率的标准数学模型，对解压后的数字量进行分析处理，实时显示钢丝绳内外部的断丝，锈蚀、磨损、金属截面积变化的定量数据值，按现行标准和规程提出诊断报告。
矿井提升机制动闸在线监测系统的应用
天 ８０ ：０班有 ２ｈ检修 时 间 。检修 时间 内 ， 维修 工用
游 标卡 尺测 量每 个 盘形 闸 闸 瓦 与制 动 盘 间 的 间隙 ，
将 情况 ２ｍ
都 不能 实时 了解制 动 闸 状 态 ： 提 升 机 正 常 提煤 运 ①
矩 与实 际提 升 最 大 静 荷 重 旋 转 力 矩 之 比 Ｋ值 是 否 小于 ３ 。④ 液 压 站 油 压 值 是 从 操 作 间压 力 表 读 取 的， 遇到 阴雨 天气 或 天 黑 ， 照 明不 好 ， 数 就 很 不 若 读
的， 由它完 成 对采集 数 据 的计 算 和分 析 。 系统 实现 了各 制动 闸 的闸 瓦 间隙 、 动正 压力 、 制 液压 站油 压值 及制 动 盘 偏 摆 量 的实 时 监 测 ， 具备 并 数 据浏 览 、 时 曲线 、 统 调 试 、 示 及 语 音 报警 提 实 系 显 示 等 功能 。数 据浏 览 主 要 完 成 闸 瓦 间 隙值 、 动 正 制 压 力值 、 压站 油 压值 、 动 盘 偏 摆 量 、 液 制 系统 工作 状 态 及 提升机 制 动 闸故 障 显 示 等 ； 时 曲线 主 要 完成 实 各 闸 瓦间 隙 的动态 测 试 值 、 压 站 油 压 值 动 态 变化 液 显示 ； 系统 调试 主要 完成 闸瓦间 隙位 移传感 器 、 制动
２ １ 年第 ５ ０２ 期
中州 煤 炭
总第 １７期 ９
矿 井 提 升 机 制 动 闸在 线 测 系 的 应 用 监 统
刘 伟
（ 南煤 业化 工 集 团 鹤 煤 公 司三 矿 ， 南 鹤 壁 河 河 ４８０ ） ５０ ０
摘 要 ： 煤 三 矿 主 井提 升 机 制 动 装 置 采 用 盘 式制 动 闸 ， 避 免 因 闸 瓦 间 隙、 动 正 压 力 等 参 数 不 符 合 要 求 造 鹤 为 制 成 事 故 ， 装 了 １套 制 动 闸在 线 监 测 系 统 。 当发 生故 障或 有 故 障 趋 势 时 ， 线 监 测 系 统 可 提 前 预 知 ， 时 解 安 在 及 决 ， 高 了提 升 机 运 行 的 安 全 性 ； 系 统 能 实 时 监 测 各 点参 数 ， 接 显 示 故 障 点 ， 理 故 障 更 具 针 对 性 ， 短 提 该 直 处 缩
矿用钢丝绳在线监测教学实验装置关键技术
图3损伤处的磁电变化信号波形及数值 Fig.3 The waveform and value of the magnetic and
要对环形永磁体进行充磁设计。目前可行的充磁方 式主要有2种:一种是上下垂直充磁；另一种是径向 辐射充磁。垂直充磁方式简单，工艺上易于实现，但 从图I可以看出，受圆拱形磁体结构影响，到达钢丝 绳内的磁场强度通常不均匀。径向辐射充磁方法工 艺实现上稍复杂，但容易使得通过钢丝绳的磁场较 为均匀统一，从而便于准确定量地识别出引起磁场 畸变的损伤程度㈣。
用钢丝绳无损检测与安全评价技术研究 ，为矿山安 全生产保驾护航极其重要。
目前，现有矿用钢丝绳探伤技术还存在不足，主 要表现在：
1)钢丝绳探伤传感器设计主要包括励磁装置和 磁通检测装置设计2大部分。在励磁装置设计方面, 现有钢丝绳探伤传感器大多仍采用基于单 、双回路、
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51774293)；河北省矿山设笛安全监测重点实验室资助项目(SM2O2OO2);中国矿业大学(北京)校 级重点教改资助项目(J20ZD16)
WANG Hongyao. TIAN Jie, ZHANG Yanlin. et al. Key technologies of teaching experimental device for on line inspection of mining wire rope[ J ]. Safety in Coal Mines, 2021, 52( 6): 177-182.
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中科MTC-
A钢丝绳在线自动检测系统是一款固定式在线24小时不间断检测设备，智能全自动同时检测单根或多根钢丝绳断丝磨损，实时显示和报警监测,自动保存数据和检测报告，可实时监测矿山起重机械行业，建筑电梯行业，客运索道行业等单根或多根钢丝绳的损伤状况。
钢丝绳它是无限不确定长，唯有MTC-
A应用虚拟仪器技术，以软件取代传统仪器，由电脑直接采样处理，才能保证不漏检、不误判，如同看电影，对钢丝绳进行全程扫描，结果准确无误，重复性好。
根据不同行业钢丝绳报废的国家标准规定，本产品应用电磁原理，定性、定量、定位，在线无损检测钢丝绳的内外部断丝、锈蚀、磨损、金属截面积变化、松股、跳丝、变形、材质异常等缺陷。
每台仪器可由国家法定计量机构，按中国GB/T21837-2008国家标准标准、美国ASTM
E1571行业标准和上海市Q/NYNAY01企业标准作为第三方进行检验，并出具检测报告，获得法定资质。
以下是中科MTC-A钢丝绳在线探伤检测系统介绍
执行标准符合国标和煤炭行业相关规则规程；对钢丝绳寿命全过程进行实时检测和监控；对钢丝绳剩余载荷进行计算和可靠评估；对被测钢丝绳全程状态信息进行提取、转换、处理以及存储；对钢丝绳各种损伤进行定性、定量检测，并对超标缺陷实时声光报警；对钢丝绳进行全天候自动检测，并及时提供完整的损伤检测报告；对钢丝绳损伤信号进行有线通讯传输；本设备具有良好的自适应能力，检测结果稳定可靠；具有系统防水，满足特殊工况条件下的正常使用；可在钢丝绳浸油、抖动等未超限情况下使用；设备硬盘空间满足监测记录3年以上的存储。
受测钢丝绳直径：Φ1.5—300 mm
（根据用户需求配置不同规格的传感器），传感器与钢丝绳相对速度：0.0—30.0
m/s，断丝缺陷（LF）检测：定性-单处集中断丝定性检测准确率99.99%；定量-
单处集中断丝根数允许有一根或一当量根误判，单处集中断丝根数无误差定量检测100次以上准
确率≥95%，金属截面积定量变化率（LMA）检测能力：检测灵敏度重复性允许误差：±0.055%；检测精度示值允许误差：±0.2％，位置（L）检测能力：检测长度示值百分比误差：±0.3%；连续检测长度：无限，电源：电池供电5V，环境温度：-20℃～+50℃，大气压力：86-
206Kpa，相对湿度：20-
98%，传感功能：导套浮动定心可变径，聚磁环密集设置，磁敏元件阵列组合，一套传感单元可覆盖老产品多个探头信号采集和放大等功能。
转换功能：直接选用美国原装进口模块，模数转换、小波变换、噪声剔除等功能更加强大。
信号传输：全数字传输，根据用户要求还可配置无线遥测（方圆＞1600m）。
电脑平台：Windows界面，任何品牌的电脑可以安装使用。
软件操作：鼠标点击。
分析方法：自动分析。
操作简单：人性化操作报警特点：在线检测，当缺陷按设定超标时，立即实时声光报警，人性化操作，更加实用。
在线显示：如同心电图，以波形递进方式实时显示钢丝绳的状态。
检测结果：直接显示钢丝绳内外哪里断丝，断几根；哪里磨损，磨损的百分比；哪里损伤，损伤的性质等缺陷。
检测报告：根据不同行标准的要求出具检测报告，特别可以显示。
报告生成：自动进入word文档。
中科MTC-A钢丝绳在线探伤检测系统符合标准
《中华人民共和国安全生产法》；《煤矿安全规程》2011年版；中国国家标准GB/T21837-2008《铁磁性钢丝绳电磁检测方法》；美国标准ASTME1571《电磁方法检测铁磁性钢丝绳标准条例》；上海市企业标准Q/NYAT09-1997《MTC钢丝绳安全检测仪》；上海市企业标准Q/NYAT06-2010《ABB钢丝绳在线检测系统》；中国煤炭行业标准MT/T970-
2005《钢丝绳（缆）在线无损定量检测方法和判定规则》；中国国家标准GB/8918-
2006《重要用途钢丝绳》；中华人民共和国煤炭行业标准MT716-
1997《煤矿重要用途钢丝绳验收技术条件》
中科MTC-A钢丝绳在线探伤检测系统技术支持
上海交通大学：无损检测
起重运输机械；华中科技大学：细长型铁磁材料检测；清华大学：计算机软件、虚拟仪器技术；上海煤炭科学研究院：
煤矿机械（提升机、运输机）；中国科学院冶金所：磁学理论、永久磁钢；船舶726所：电子技术；
中科MTC-A钢丝绳在线探伤检测系统技术要求
检测钢丝绳径范围：根据客户提升机绳径量身定做；传感器工作灵敏度：大于1.5V/mT；采样频率相应：小于8kHz；检测钢丝绳速度范围：0～13m/s；检测单元与数采转换工作站之间距离：小于50m；检测装置绳间占空尺寸：小于175mm×1200mm；系统工作电压：AC220V正负误差10％；AC127V正负误差10％（防爆）；系统额定功率：小于200W；工作环境温度：－20摄氏度～40摄氏度。
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