煤礦井下帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)探析

米迎春

（鄭州煤炭工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司大平煤礦,河南 登封 452473）

從當(dāng)前煤礦帶式輸送機(jī)的使用情況來(lái)看,整體有著運(yùn)輸量大、運(yùn)輸效率高且距離長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì),在當(dāng)前井下運(yùn)輸環(huán)節(jié)扮演著重要角色。由于井下生產(chǎn)有著較強(qiáng)的不均勻性,因此,帶式輸送機(jī)在工作的過(guò)程中帶有較強(qiáng)的不均勻性,導(dǎo)致帶式輸送機(jī)在部分時(shí)段工作的過(guò)程中,出現(xiàn)了空載、輕載的狀態(tài),若帶式輸送機(jī)保持持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行速度,不僅會(huì)導(dǎo)致能量的浪費(fèi),同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致其中出現(xiàn)磨損的情況。因此,帶式輸送機(jī)在工作的過(guò)程中,可根據(jù)具體的運(yùn)載量對(duì)運(yùn)行的速度進(jìn)行調(diào)整,可較好提升帶式輸送機(jī)的運(yùn)行質(zhì)效。因此,對(duì)煤礦井下帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行分析有著較為重要的意義。圖1 為帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。

圖1 帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

1 煤礦井下帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

從井下帶式輸送機(jī)的工作情況來(lái)看,全面做好智能控制是推動(dòng)帶式輸送機(jī)工作質(zhì)效提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。整個(gè)智能控制系統(tǒng)組成見圖2 所示。

圖2 帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)圖

1.1 帶式輸送機(jī)煤量識(shí)別智能化控制

實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)煤量識(shí)別智能化控制的主要技術(shù)是視頻識(shí)別技術(shù),當(dāng)前已經(jīng)在多數(shù)煤礦取得了較好的應(yīng)用效果,整體的識(shí)別可信度相對(duì)較高。在具體識(shí)別的過(guò)程中,主要是利用計(jì)算機(jī)對(duì)視頻中的圖像進(jìn)行針對(duì)性的分析、處理及加工,從而將帶式輸送機(jī)上運(yùn)輸?shù)拿毫繉?shí)時(shí)獲取,圖3 為視頻識(shí)別的具體流程圖。對(duì)于得到的圖像,通過(guò)預(yù)處理、煤流信息提取、感興趣區(qū)域提取及采取圖像分割等方式,將得到的圖像進(jìn)行對(duì)比分析的方式,全面準(zhǔn)備掌握帶式輸送機(jī)上運(yùn)輸?shù)乃矔r(shí)煤量。

圖3 帶式輸送機(jī)運(yùn)輸煤量識(shí)別流程

在帶式輸送機(jī)對(duì)煤炭進(jìn)行運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中,帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸速度和實(shí)際運(yùn)量及工作的功率有著較大的關(guān)系,三者的關(guān)鍵如圖4 所示。其中,帶式輸送機(jī)在工作的過(guò)程中,最為關(guān)鍵的兩個(gè)方面是感興趣區(qū)域、煤流區(qū)域。在具體工作的過(guò)程中,感興趣區(qū)域的實(shí)際工作效果是對(duì)輸送機(jī)的寬度及位置進(jìn)行全面精準(zhǔn)的定位。通過(guò)降低圖像背景的方式,對(duì)結(jié)果影響區(qū)域進(jìn)行更為精準(zhǔn)的識(shí)別,從而獲得更為精準(zhǔn)的帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量。將感興趣區(qū)域作為基礎(chǔ),在實(shí)際操作的過(guò)程中,通過(guò)對(duì)運(yùn)輸特征、能量及煤流顏色等,作為頻域、時(shí)域的具體特征,并將得到的特征為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),技術(shù)人員對(duì)圖像區(qū)域開展針對(duì)性的交集預(yù)算,從而提升整個(gè)掌握煤流區(qū)域的面積的精準(zhǔn)度。

圖4 帶式輸送機(jī)功率、運(yùn)速和運(yùn)量的關(guān)系圖

1.2 帶式輸送機(jī)梯度調(diào)速智能控制

首先可以采用梯度的方式進(jìn)行調(diào)速。在對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行控制時(shí),可以將煤流量作為主要的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)整個(gè)輸送機(jī)工作的速度進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整,采取這種方式,可以對(duì)輸送機(jī)整體的能耗實(shí)現(xiàn)有效的控制,但是存在的負(fù)面影響也較為明顯,例如,最為突出的問(wèn)題是導(dǎo)致的輸送帶整體的磨損量的提升,必然會(huì)導(dǎo)致輸送帶使用壽命的減少。同時(shí),在具體的工作中,因?yàn)檫x擇使用傳感器在對(duì)煤流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的過(guò)程中,外界因素可能會(huì)產(chǎn)生較大的干擾,因此,整個(gè)速度調(diào)控情況就會(huì)受到較大的影響,這就導(dǎo)致若出現(xiàn)了煤流量增加的情況,輸送機(jī)的速度由于沒(méi)有得到及時(shí)的提升,導(dǎo)致帶式輸送機(jī)出現(xiàn)了溢煤、堆煤的問(wèn)題發(fā)生。而選擇使用梯度調(diào)控的方式,若煤流量在某個(gè)區(qū)間內(nèi)輸送機(jī)運(yùn)行速度恒定,在煤流量進(jìn)入到另外區(qū)域時(shí),帶式輸送機(jī)可以將速度智能調(diào)整到和該區(qū)域相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行速度上。根據(jù)單位長(zhǎng)度煤流量、煤流量識(shí)別的結(jié)果,設(shè)定出帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行的具體速度。表1是帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度和煤流量實(shí)際匹配的關(guān)系。圖5 是帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度和煤流量梯度變化圖。

圖5 帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度和煤流量梯度變化圖

表1 帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度和煤流量實(shí)際匹配的關(guān)系表

其次是對(duì)輸送機(jī)開展智能調(diào)速。輸送機(jī)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中,通過(guò)傳感器對(duì)整體的運(yùn)行速度實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控,借助視頻識(shí)別的方式,全面掌握煤流的整體分布情況,這就可以掌握單位長(zhǎng)度上的煤量,然后將這些參數(shù)全面上傳到力學(xué)模型上,將煤流量信息作為基礎(chǔ),通過(guò)選擇使用模糊控制器的方式,得到模糊決策信息,掌握與煤流量相互匹配的運(yùn)行速度指令,實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器整體運(yùn)行方式的全面調(diào)整,最終達(dá)到對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行速度的有效控制。圖6 是帶式輸送機(jī)智能調(diào)速控制原理圖。

圖6 帶式輸送機(jī)智能調(diào)速控制原理圖

為了對(duì)控制流程進(jìn)行簡(jiǎn)化,智能化控制選擇使用模糊控制的方式,對(duì)檢測(cè)得到的信息通過(guò)模糊處理后,轉(zhuǎn)變?yōu)槟：刂屏?。通過(guò)模糊控制量、模糊控制規(guī)則達(dá)到模糊決策和推理的效果。圖7 是模糊控制流程圖。在對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí),帶式輸送機(jī)的張緊力是非常重要的指標(biāo),為了確保輸送機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中,能夠達(dá)到平穩(wěn)調(diào)速的整體效果,需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊處理之后,將輸送機(jī)的運(yùn)行速度選擇為輸出量。

圖7 模糊控制流程圖

2 煤礦井下帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)具體應(yīng)用

XX 煤礦選擇使用的帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸距離為1km,帶強(qiáng)為每米2500N,額定運(yùn)行的速度為5m/s,電動(dòng)機(jī)的功率為400kW×3。本次對(duì)帶式輸送機(jī)智能控制過(guò)程中輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了采集,得到了圖8。

圖8 智能控制系統(tǒng)下帶式輸送機(jī)煤流量及運(yùn)行速度采集結(jié)果

分析圖8 可知,帶式輸送機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中,運(yùn)行速度根據(jù)煤流量變化階梯實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)整。若煤流量整體變化較小時(shí),帶式輸送機(jī)整體表現(xiàn)出勻速運(yùn)行的狀態(tài),若煤流量變化較大時(shí),勻速速度呈現(xiàn)出階梯速度下降或者增加的情況。通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中,單位輸送煤量在最大數(shù)值的80%,選擇使用智能控制系統(tǒng)后,帶式輸送機(jī)在工作的過(guò)程中,沒(méi)有出現(xiàn)堆煤、溢煤或者其他問(wèn)題,而導(dǎo)致帶式輸送機(jī)停機(jī)的情況。帶式輸送機(jī)在工作的過(guò)程中,根據(jù)輸送帶運(yùn)輸?shù)拿毫繉?shí)現(xiàn)對(duì)速度的梯形調(diào)整。

從本次數(shù)據(jù)采集的情況來(lái)看,帶式輸送機(jī)低速、高速運(yùn)行時(shí)間均為12min,中速運(yùn)行時(shí)間為96min,這表明在智能控制狀態(tài)下,將帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度控制在中速運(yùn)行狀態(tài),這種智能控制的方式,不但可以達(dá)到煤炭運(yùn)輸需求,同時(shí)也可以防止出現(xiàn)輸送機(jī)頻繁調(diào)速,導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)較大磨損的問(wèn)題,可有效降低帶式輸送機(jī)能耗,提升帶式輸送機(jī)的使用壽命。

從本次的應(yīng)用情況來(lái)看,為了有效增強(qiáng)帶式輸送機(jī)智能化控制水平,最大限度的控制設(shè)備能耗問(wèn)題,選擇使用模糊控制技術(shù)、視頻識(shí)別技術(shù)等智能化控制技術(shù),得到了帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)視頻識(shí)別技術(shù)得到了帶式輸送機(jī)的運(yùn)煤量,通過(guò)煤流的情況,將帶式輸送機(jī)運(yùn)輸狀態(tài)分為幾個(gè)區(qū)間,在每個(gè)區(qū)域中均有相對(duì)應(yīng)的帶式輸送機(jī)運(yùn)輸速度。

其次,根據(jù)帶式輸送機(jī)的煤流信息及帶式輸送機(jī)的張力信息等,通過(guò)采取模糊控制的方式,輸出梯度調(diào)速命令,根據(jù)調(diào)速指令,智能控制系統(tǒng)輸出對(duì)應(yīng)的電流頻率,從而對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)階梯調(diào)速控制的效果。

通過(guò)本次應(yīng)用發(fā)現(xiàn),選擇使用智能控制系統(tǒng)后,帶式輸送機(jī)整體的能耗相對(duì)于先前有了明顯的下降,在對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行智能控制的過(guò)程中,需要從輸送機(jī)上煤流量的變化情況著手,對(duì)整體的運(yùn)行速度進(jìn)行全面的調(diào)整和分析,在出現(xiàn)了整體變化相對(duì)較小的情況時(shí),控制輸送機(jī)運(yùn)行速度不變,如果在運(yùn)行的過(guò)程中,出現(xiàn)了煤流量增加較多的情況時(shí),對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行階梯調(diào)速。帶式輸送機(jī)皮帶的磨損情況相對(duì)于先前也有了明顯的下降,同時(shí),帶式輸送機(jī)出現(xiàn)運(yùn)輸事故的數(shù)量相對(duì)于先前有了下降,這表明智能化控制系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)上整體取得了較好的應(yīng)用效果。此外,為了更好提升智能化控制效果,煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)加大對(duì)技術(shù)人員操控帶式輸送機(jī)的整體的培訓(xùn)和提升,讓技術(shù)人員更好掌握帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn),更好提升帶式輸送機(jī)整體的控制效果。

結(jié)束語(yǔ)

綜上分析,雖然帶式輸送機(jī)在煤礦井下運(yùn)輸中非常關(guān)鍵、不可替代,但是從當(dāng)前帶式輸送機(jī)使用的情況來(lái)看,運(yùn)輸載量不均衡的問(wèn)題突出,全面提升帶式輸送機(jī)的智能化控制水平非常重要。很多煤礦也開始推動(dòng)帶式輸送機(jī)智能化控制,但是從控制的情況來(lái)看,在具體應(yīng)用的過(guò)程中,還存在突出的問(wèn)題和難點(diǎn),因此,這就需要煤礦加大智能化系統(tǒng)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用力度,不斷提升帶式輸送機(jī)整體的智能化控制效果。