基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究

悅晨光， 蘇晉鵬

（山西晉煤集團(tuán)長(zhǎng)平洗煤廠， 山西 晉城 048400）

引言

帶式輸送機(jī)作為一種散料運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵設(shè)備，憑借著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸速度快、效率高的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為煤礦上最重要的物料輸送設(shè)備，隨著煤礦綜采效率的不斷提升，對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)男?、穩(wěn)定性提出了更高的需求，隨著帶式輸送機(jī)不斷向著高帶速、大運(yùn)量方向發(fā)展，在運(yùn)行過(guò)程中消耗的電能也越來(lái)越多，特別是目前多數(shù)帶式輸送機(jī)不管輸送機(jī)上的煤炭運(yùn)量有多少均采用恒帶速運(yùn)行控制的模式，造成了嚴(yán)重的能耗浪費(fèi)，因此本文提出了一種新的帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

1 帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)

根據(jù)煤礦帶式輸送機(jī)的運(yùn)行控制需求和實(shí)際輸煤量不斷變化的情況，本文所提出的基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包括視頻識(shí)別監(jiān)控、運(yùn)行控制調(diào)速、執(zhí)行單元，共三個(gè)部分，其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，該運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中視頻識(shí)別監(jiān)控單元主要由位于井下的數(shù)字?jǐn)z像儀構(gòu)成，攝像儀獲取視頻監(jiān)控圖形后將其進(jìn)行壓縮并上傳到地面控制中心的視頻處理單元內(nèi)，視頻解析處理系統(tǒng)利用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)其進(jìn)行解析處理，對(duì)輸送帶上的瞬時(shí)煤量和煤量分布情況進(jìn)行判斷。運(yùn)行調(diào)速系統(tǒng)則根據(jù)煤量識(shí)別結(jié)果，結(jié)合輸送機(jī)系統(tǒng)布置模型、煤量分布、運(yùn)行帶速等，對(duì)帶式輸送機(jī)下一階段的運(yùn)行狀態(tài)提前進(jìn)行判別，然后輸出運(yùn)行控制信號(hào)，控制變頻器的輸出電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行帶速的靈活調(diào)整。

2 煤量視頻監(jiān)控系統(tǒng)

該運(yùn)量調(diào)速系統(tǒng)的核心在于視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)煤量識(shí)別的準(zhǔn)確性，為了精準(zhǔn)監(jiān)視輸送帶上的煤量，在該監(jiān)控系統(tǒng)中將輸送機(jī)機(jī)頭、落煤點(diǎn)以及轉(zhuǎn)接點(diǎn)均設(shè)置煤量監(jiān)控裝置[1]。在視頻監(jiān)控過(guò)程中系統(tǒng)首先對(duì)數(shù)字?jǐn)z像儀監(jiān)測(cè)到的煤量圖形進(jìn)行初步解析，獲取關(guān)鍵區(qū)域的煤量分布圖形，通過(guò)圖形分割軟件對(duì)輸送帶上的煤量分布面積進(jìn)行對(duì)比，獲取到結(jié)果后實(shí)時(shí)發(fā)送。在進(jìn)行煤量識(shí)別過(guò)程中系統(tǒng)主要抓取輸送帶上的煤量分布的寬度和位置，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)的高度算法邏輯，確定輸送帶上煤量分布的截面類型，進(jìn)而確定截面面積，根據(jù)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度即可計(jì)算出輸送帶上的煤量分布情況。

利用該煤量監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)井下輸送帶的煤量變化情況進(jìn)行分析，驗(yàn)證該煤量監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)輸送帶上煤量的分布情況監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，結(jié)果表明該煤量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別輸送帶上的煤量分布情況，具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下頁(yè)圖2所示。

3 帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理及改造

帶式輸送機(jī)的運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的在于根據(jù)各落煤點(diǎn)的落煤變化情況來(lái)調(diào)整輸送帶的運(yùn)行帶速，滿足節(jié)能和控制運(yùn)輸量的需求，因此本文選擇了根據(jù)所獲取的煤量變化情況來(lái)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)的控制邏輯，其控制原理如圖3所示[3]。

圖2 輸送機(jī)上煤量分布情況

圖3 帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)原理示意圖

在進(jìn)行控制的過(guò)程中，系統(tǒng)首先根據(jù)整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)各個(gè)輸送帶的長(zhǎng)度建立煤流運(yùn)輸模型，根據(jù)模型、煤量識(shí)別結(jié)果、當(dāng)前各個(gè)輸送帶的運(yùn)行速度，對(duì)輸送帶上的煤量運(yùn)輸時(shí)間進(jìn)行確定，評(píng)估達(dá)到下一條輸送帶上的時(shí)間、煤量，然后根據(jù)輸送機(jī)的運(yùn)行平衡率，進(jìn)行帶速的匹配。若匹配帶速大于當(dāng)前輸送帶的運(yùn)行速度，則系統(tǒng)控制變頻器提升輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)行速度，提升帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度，反之則降低輸送帶的運(yùn)行速度。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，該系統(tǒng)在運(yùn)行控制過(guò)程中具有輕微的滯后性，因此需要設(shè)置一定的調(diào)節(jié)周期，實(shí)現(xiàn)變頻器在工作過(guò)程中的平穩(wěn)調(diào)節(jié)控制，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的影響降低到最小，避免突然轉(zhuǎn)換時(shí)的沖擊。

為了對(duì)該運(yùn)行控制系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行分析，對(duì)煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行改造，滿足基于視頻監(jiān)控的帶速調(diào)節(jié)控制需求，對(duì)輸送帶在煤量運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)際轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速比值[4]進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖4所示。

由實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)，帶式輸送機(jī)的平均帶速約為額定轉(zhuǎn)速的89.2%，在調(diào)速過(guò)程中未出現(xiàn)散料、堆料等異常，系統(tǒng)表現(xiàn)出了較高的穩(wěn)定性。

由帶式輸送機(jī)系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速分布直方圖可知，在運(yùn)行控制過(guò)程中帶式輸送機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速主要以額定轉(zhuǎn)速的89.2%運(yùn)行，占據(jù)了整個(gè)運(yùn)行期間的41.9%，輸送帶的平均運(yùn)行帶速降低10.8%，因此其工作時(shí)的輸送帶磨損量降低10.8%，使用壽命也得到了相應(yīng)的提升，同時(shí)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的平均電能消耗降低了14.6%，極大提升了輸送機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

圖4 輸送機(jī)系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速分布直方圖

4 結(jié)論

1）基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機(jī)運(yùn)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包括視頻識(shí)別監(jiān)控、運(yùn)行控制調(diào)速、執(zhí)行單元，共三個(gè)部分，能夠?qū)捷斔蜋C(jī)下一階段的運(yùn)行狀態(tài)提前進(jìn)行判別，然后輸出運(yùn)行控制信號(hào)，控制變頻器的輸出電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行帶速的靈活調(diào)整；

2）煤量監(jiān)控系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確對(duì)輸送帶上的煤量分布情況進(jìn)行監(jiān)控，具有檢測(cè)速度快、準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)；

3）在該運(yùn)行調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)作用下，輸送帶的平均運(yùn)行帶速降低10.8%，有效降低了輸送帶磨損量，使用壽命也得到了相應(yīng)的提升，同時(shí)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的平均電能消耗降低了14.6%，極大提升了輸送機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。