關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

導(dǎo)語：輸煤皮帶機(jī)是煤礦常用的運(yùn)輸貨物和材料的設(shè)備，具有使用方便、效率高、自動化程度高的特點(diǎn)。本期轉(zhuǎn)化果平臺推薦的《輸煤皮帶機(jī)異音監(jiān)測系統(tǒng)》具有多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢，通過對皮帶機(jī)沿線安裝智聲聽診儀，結(jié)合軟硬件系統(tǒng)平臺，利用設(shè)備運(yùn)行聲音判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，解決了巡檢難度大、效率低、可靠性差、檢修成本高、設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集不完備等問題?？蓮V泛應(yīng)用于皮帶機(jī)及旋轉(zhuǎn)機(jī)械等領(lǐng)域。

輸煤皮帶機(jī)是一種運(yùn)輸貨物和材料的設(shè)備，具有使用方便、效率高、自動化程度高的特點(diǎn)。皮帶機(jī)長度動輒數(shù)千米，甚至十幾千米。皮帶機(jī)托輥是易損耗部件，經(jīng)常出現(xiàn)磨損、斷軸、掉皮等問題，托輥故障會導(dǎo)致皮帶跑偏、撕裂、磨損、堵料、漏料等，皮帶與機(jī)架劇烈摩擦使皮帶軟化、燒焦甚至發(fā)生火災(zāi)，造成突發(fā)停機(jī)停產(chǎn)、人員傷亡。

在傳統(tǒng)的工業(yè)運(yùn)維中，對托輥工作狀態(tài)的檢測通常以人工巡檢的方式進(jìn)行。由于輸煤線路較長、環(huán)境惡劣，加之肉眼難以識別，存在工作盲區(qū)，巡檢難度較大，存在效率低下、可靠性差、人員安全沒保障、檢修成本高、設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集不完備等弊端，導(dǎo)致巡檢效果具有單一性、粗放性和低效性。

技術(shù)人員通過長期觀察研究發(fā)現(xiàn)，皮帶機(jī)在正常工作狀態(tài)下會發(fā)出平穩(wěn)而有規(guī)律的噪聲，而當(dāng)托輥出現(xiàn)老化或者發(fā)生其它故障時(shí)，則會發(fā)出明顯異于正常的雜音?；诖耍夹g(shù)人員開發(fā)了輸煤皮帶機(jī)異音監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了以設(shè)備運(yùn)行聲音判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

1.基本原理

智聲診斷儀運(yùn)用麥克風(fēng)陣列技術(shù)，搜集變壓器運(yùn)行聲音，通過聲源定位、去混響、信號增強(qiáng)與提取等手段，實(shí)現(xiàn)聲音無差別采集和信號提取。采集及提取的數(shù)據(jù)通過有線方式上傳至平臺。平臺支持公有云和私有云部署，采用數(shù)理模型與機(jī)理模型相結(jié)合的方式，整合設(shè)備聲紋監(jiān)測算法和模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測和常見故障判斷。通過應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)展示、異常告警、故障診斷等人機(jī)交互功能。

2.應(yīng)用功能 

（1）軟件功能

托輥異常聲音檢測系統(tǒng)采用以節(jié)點(diǎn)為邊緣計(jì)算單元的方式，顯著降低遠(yuǎn)程服務(wù)器的計(jì)算負(fù)擔(dān)。其中，輪詢報(bào)警機(jī)制使遠(yuǎn)程服務(wù)器能定時(shí)查詢所有聲吶節(jié)點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)托輥異常，便及時(shí)向后臺監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)。監(jiān)控中心具備實(shí)時(shí)監(jiān)聽功能，可在接收到節(jié)點(diǎn)報(bào)警后，遠(yuǎn)程聽取現(xiàn)場聲音以判斷是否出現(xiàn)異常。此外，監(jiān)控中心還可選擇任意節(jié)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場聲音的頻譜分析。全壽命周期健康管理方面，通過對每臺輸煤皮帶機(jī)設(shè)備建立基于聲紋數(shù)據(jù)的健康檔案，實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)的維護(hù)和全生命周期管理。

（2）硬件參數(shù)

3.應(yīng)用場景

（1）煤料監(jiān)控：在煤料輸送過程中，應(yīng)對其進(jìn)行溫度監(jiān)測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)域；同時(shí)，對廊道內(nèi)積煤、積粉以及粉塵擴(kuò)散情況進(jìn)行識別。

（2）輸煤設(shè)備監(jiān)控：需關(guān)注電機(jī)、減速器等設(shè)備的溫度和振動狀況，并對皮帶跑偏、泄漏、托輥異響等現(xiàn)象進(jìn)行識別。

通過對皮帶機(jī)沿線安裝適量智聲聽診儀，實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)運(yùn)行狀況的365天×24小時(shí)在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)搜集設(shè)備工作噪聲，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)聲音識別與聲源定位技術(shù)，進(jìn)行聲學(xué)特征自動提取與比對記錄。根據(jù)聲音特征，判斷設(shè)備工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)顯著偏離正常工作狀態(tài)的背景噪聲，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)發(fā)出警報(bào)。

通過網(wǎng)絡(luò)連接，數(shù)據(jù)存儲在監(jiān)控服務(wù)器上，監(jiān)控人員可在辦公室利用監(jiān)控終端實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀況，分析故障位置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期的健康管理。

1.整體優(yōu)勢

2.麥克風(fēng)陣列

麥克風(fēng)陣列技術(shù)是一種基于聲學(xué)傳感器（通常為麥克風(fēng)）的系統(tǒng)，其一定數(shù)量的布置方式用于捕捉并處理變壓器聲場的空間特性。

該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)聲源定位、消除混響、增強(qiáng)語音信號以及實(shí)現(xiàn)盲源分離等功能。

3.聲紋識別

從聲學(xué)角度解決故障問題，主要任務(wù)在于提取故障音頻特征。然而，特征提取后通常難以提供一個(gè)定量值來判斷故障類型，因此需要采用模式識別方法對大量采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，通過模型得出識別結(jié)果。此外，經(jīng)過陣列增強(qiáng)后的數(shù)據(jù)能夠有效抑制噪聲和干擾，降低訓(xùn)練分類時(shí)的誤判率，提高分類模型的準(zhǔn)確度。

4.人工智能

人工智能高性能核心板設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠，為設(shè)備提供強(qiáng)大的計(jì)算力和人工智能能力。

該產(chǎn)品支持多種計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)云邊互動，支持多種容器運(yùn)行，提供物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理功能，以滿足工業(yè)邊緣場景的智能化需求。

·支持多種計(jì)算資源

·支持云邊互動

·支持多種容器運(yùn)行

·提供物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備管理功能

·滿足工業(yè)邊緣場景的智能化需求

產(chǎn)品搭載具有自主知識產(chǎn)權(quán)的主控芯片和人工智能芯片，基于聲紋識別算法，融合深度學(xué)習(xí)和邊緣計(jì)算技術(shù)，構(gòu)建復(fù)雜高效的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過對設(shè)備進(jìn)行原始聲信號訓(xùn)練，借助大量樣本進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，提高故障診斷的準(zhǔn)確性，快速分析鑒別異常，實(shí)現(xiàn)設(shè)備潛在故障的預(yù)警。

5.算法優(yōu)勢

（1）多維降噪技術(shù)

采用中位提取算法，剔除波動較大的聲信號，以權(quán)值整合，融合為一路信號。精準(zhǔn)抑制復(fù)雜聲場環(huán)境噪聲及本底噪聲。

（2）歸一化多維映射降噪技術(shù)

傳統(tǒng)降噪算法難以提取強(qiáng)噪聲環(huán)境中的微弱異音信號。通過對微弱異音信號進(jìn)行歸一化多維曲線映射處理，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)增強(qiáng)；對復(fù)雜環(huán)境噪聲進(jìn)行二次精準(zhǔn)抑制。

（3）混響抑制技術(shù)

受混響影響，特定聲信號在時(shí)域和頻域受到污染，導(dǎo)致失真。

建立多通道線性預(yù)測模型，通過各通道早期多點(diǎn)加權(quán)確定此通道晚期混響成分，采用最優(yōu)化權(quán)重系數(shù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)抑制混響。

多維特征提取技術(shù)的設(shè)計(jì)原理基于異音產(chǎn)生機(jī)理，具備十五維特征提取處理能力。該技術(shù)能夠精確獲取異音特征及其變化趨勢，通過設(shè)計(jì)異音模型庫，將所需訓(xùn)練樣本量減少至十分之一。在較少異音信號的情況下，能更快地實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確識別，展現(xiàn)出顯著的技術(shù)優(yōu)勢。

針對每臺輸煤皮帶機(jī)設(shè)備，構(gòu)建基于聲紋數(shù)據(jù)的的健康檔案，實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)的維護(hù)以及全生命周期管理，以確保在保障設(shè)備安全的前提下，延長其使用壽命。

該系統(tǒng)不僅適用于輸煤皮帶機(jī)，還可擴(kuò)展至其他皮帶機(jī)及旋轉(zhuǎn)機(jī)械等領(lǐng)域。輸煤皮帶機(jī)異音監(jiān)測系統(tǒng)為企業(yè)帶來諸多益處。隨著技術(shù)的普及，該系統(tǒng)必將在更多領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用。

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