煤礦井下帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)研究

　　摘要：為了提升煤礦帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率并降低能耗，基于視頻識(shí)別、模糊控制技術(shù)提出了一種帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高清攝像頭獲取輸送帶上煤流信息，通過視頻圖像處理技術(shù)掌握輸送帶上瞬間煤流量;為了避免輸送機(jī)頻繁調(diào)速將輸送帶煤流量劃分成若干區(qū)段，每個(gè)區(qū)段有對(duì)應(yīng)的輸送帶運(yùn)行速度;將煤流量信息及輸送帶張緊信息輸入到模糊控制器，通過模糊控制器及變頻器控制帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度�，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，輸送機(jī)負(fù)載變化較小時(shí)運(yùn)行速度保不變、負(fù)載有較大變化時(shí)則采取階梯調(diào)速策略調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，從而達(dá)到降低輸送機(jī)能耗及磨耗目的，并充分發(fā)揮變頻器功能。

　　關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī);變頻器;視頻識(shí)別;運(yùn)行速度;模糊控制器;智能控制系統(tǒng)

　　0引言帶式輸送機(jī)具備運(yùn)輸量大、運(yùn)送距離長、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)階段煤礦井下常用的運(yùn)輸設(shè)備[1]。煤炭生產(chǎn)特點(diǎn)決定了帶式輸送機(jī)運(yùn)輸?shù)拿禾苛烤哂胁痪�衡性，帶式輸送機(jī)長時(shí)間處于輕載、空載狀態(tài)，若帶式輸送機(jī)按照恒定速度運(yùn)行不僅會(huì)增加輸送機(jī)能耗及磨損，而且會(huì)增加礦井運(yùn)輸成本[2-4]。帶式輸送機(jī)安裝變頻器后可依據(jù)輸送機(jī)運(yùn)載量調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，但是絕大多數(shù)礦井僅將變頻器作為軟啟動(dòng)工具使用，未能充分發(fā)揮變頻器功能[5]。

　　為了提升煤礦井下帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率并降低能耗，文中根據(jù)以往研究成果[6-7]提出將視頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到帶式輸送機(jī)智能控制中，通過視頻監(jiān)控獲取到帶式輸送機(jī)煤流分布，依據(jù)煤流量與運(yùn)行速度間關(guān)系智能調(diào)整帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度，不僅可發(fā)揮變頻器功能而且可顯著提升帶式輸送機(jī)運(yùn)行效率。

　　1煤量識(shí)別

　　現(xiàn)階段視頻識(shí)別技術(shù)已經(jīng)在神東煤炭哈拉溝煤礦、山西王家?guī)X礦以及同煤集團(tuán)燕子山礦等成功應(yīng)用，識(shí)別結(jié)果可信度高。帶式輸送機(jī)運(yùn)煤量動(dòng)態(tài)識(shí)別主要是計(jì)算機(jī)通過對(duì)視頻圖像的加工、處理及分析，實(shí)時(shí)獲取輸送帶上煤流量。實(shí)時(shí)獲取到的圖像經(jīng)預(yù)處理、感興趣區(qū)域提取、煤流信息提取以及圖像分割等，將得到的感興趣區(qū)域范圍與煤流區(qū)域范圍進(jìn)行比對(duì)，從而掌握輸送帶瞬時(shí)煤量。在輸送帶煤量動(dòng)態(tài)識(shí)別過程中，煤流區(qū)域、感興趣區(qū)域提取是最為關(guān)鍵的2個(gè)方面。感興趣主要是定位輸送帶位置、寬度，降低圖像背景對(duì)識(shí)別結(jié)果影響，為獲取輸送帶上輸送煤量提供參考;在感興趣區(qū)域基礎(chǔ)上通過分別提取煤流顏色、能量及運(yùn)動(dòng)特征作為時(shí)域、頻域特征，并提取滿足時(shí)域、頻域特征的圖像區(qū)域取交集預(yù)算，從而掌握煤流區(qū)域具體面積。

　　2梯度調(diào)速智能控制

　　2.1梯度調(diào)速方法

　　現(xiàn)階段帶式輸送機(jī)智能調(diào)速控制多是依據(jù)煤流量實(shí)時(shí)調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，上述調(diào)速控制方式雖然可降低輸送機(jī)能耗，但是也會(huì)增加輸送帶磨耗量、降低輸送帶使用壽命;同時(shí)采用傳感器獲取到的煤流量數(shù)據(jù)容易受外界環(huán)境干擾，從而導(dǎo)致輸送機(jī)速度調(diào)控滯后輸送帶煤流量，當(dāng)煤流量突然增加時(shí)輸送機(jī)不能及時(shí)提速會(huì)導(dǎo)致堆煤、溢煤等故障發(fā)生。為此文中提出梯度調(diào)速控制方式，當(dāng)煤流量在某一區(qū)間內(nèi)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度保持不變;煤流量進(jìn)入到另一區(qū)域時(shí)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度調(diào)整至與該區(qū)域?qū)��?yīng)的運(yùn)行速度。依據(jù)煤流量識(shí)別結(jié)果、單位長度煤流量確定帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度。

　　2.2輸送機(jī)智能調(diào)速

　　2.2.1智能調(diào)速方法

　　通過輸送傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送帶運(yùn)輸速度，通過視頻識(shí)別技術(shù)掌握輸送帶上煤流分布情況及單位長度煤量。將輸送帶單位煤流量信息以及運(yùn)行速度信息傳送到構(gòu)建的力學(xué)模型中。根據(jù)煤流量信息，通過模糊控制器進(jìn)行模糊決策，從而輸出與煤流量對(duì)應(yīng)的運(yùn)行速度指令，通過變頻器調(diào)整輸出頻率，進(jìn)而控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速及輸送帶運(yùn)行速度，從而實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)智能階梯調(diào)速。

　　2.2.2智能調(diào)速方法

　　為了簡化控制流程，文中所提智能控制系統(tǒng)采用模糊控制策略，檢測(cè)獲取到的信息經(jīng)過模糊處理后轉(zhuǎn)換成模糊控制量，通過模糊控制規(guī)則及模糊量實(shí)現(xiàn)模糊推理及決策。帶式輸送機(jī)張緊力是判定輸送機(jī)運(yùn)行狀況的重要指標(biāo)，為了確保帶式輸送機(jī)平穩(wěn)調(diào)速，將單位長度煤量Q、輸送機(jī)張緊力變化率dF作為模糊輸入量，經(jīng)過模糊處理器處理后，將輸送帶運(yùn)行速度V作為輸出量。具體單位長度煤量Q變化范圍在0~391kg/m，張緊力變化率dF范圍在-144~144N/s，輸送機(jī)運(yùn)行速度范圍在0~4.8m/s。

　　3工程應(yīng)用分析

　　在汾西礦業(yè)兩渡礦對(duì)文中所提帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)在石門運(yùn)輸帶式輸送機(jī)上進(jìn)行工程應(yīng)用。石門運(yùn)輸帶式輸送機(jī)型號(hào)為DTL-1200、運(yùn)輸距離1000m、帶強(qiáng)2500N/m，額定運(yùn)行速度4.8m/s，電動(dòng)機(jī)功率為3×400kW并對(duì)智能控制系統(tǒng)運(yùn)行期間帶式輸送機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行采集。

　　1)帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度依據(jù)煤流量變化階梯調(diào)速度，當(dāng)煤流量變化較小時(shí)輸送機(jī)運(yùn)行速度保持不變化，煤流量變化較大時(shí)則階梯增加或者降低運(yùn)行速度。2)監(jiān)測(cè)期間發(fā)現(xiàn)帶式輸送機(jī)單位輸送煤量最大值為額定值的80%，采用智能控制系統(tǒng)后帶式輸送機(jī)未出現(xiàn)溢煤、堆煤以及異常停機(jī)等故障，帶式輸送機(jī)可根據(jù)輸送帶運(yùn)輸煤量梯形調(diào)整運(yùn)行速度。3)帶式輸送機(jī)高速、低速累積運(yùn)行時(shí)間均為12min，中速累積運(yùn)行時(shí)間達(dá)到96min，表明智能控制系統(tǒng)主要將帶式輸送機(jī)運(yùn)行速度保持在中速運(yùn)轉(zhuǎn)，即可滿足煤炭運(yùn)輸需要又避免了輸送機(jī)頻繁調(diào)速，降低變頻、輸送帶等設(shè)備磨耗，可在一定程度上提升帶式輸送機(jī)使用壽命并降低能耗。

　　煤礦論文投稿刊物：《中國煤炭》(月刊)1963年創(chuàng)刊，具有權(quán)威性、導(dǎo)向性和科學(xué)性的國家級(jí)綜合性科技期刊，中文核心期刊。以科技為主導(dǎo)，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)相結(jié)合，以國內(nèi)為主體，國內(nèi)、國際相結(jié)合。內(nèi)容分為煤炭科技和經(jīng)濟(jì)兩大板塊。

　　4結(jié)論

　　1)為了提升帶式輸送機(jī)智能化控制水平并降低設(shè)備能耗，基于視頻識(shí)別技術(shù)以及模糊控制技術(shù)提出一種帶式輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以視頻識(shí)別技術(shù)獲取到的輸送帶運(yùn)輸煤流量為基礎(chǔ)，將煤流量劃分成若干區(qū)間，每個(gè)區(qū)間有其對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸速度。2)根據(jù)輸送帶煤流量信息以及輸送帶張力信息，通過模糊控制器輸出梯度調(diào)速指令，變頻器依據(jù)調(diào)速制定改變輸出電流頻率，從而實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)階梯調(diào)速控制。3)在兩渡礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，智能控制系統(tǒng)可根據(jù)煤流量調(diào)整輸送機(jī)運(yùn)行速度，當(dāng)煤流量變化較小時(shí)輸送帶運(yùn)輸速度保持不變，煤流量變化較大時(shí)則階梯調(diào)整輸送帶運(yùn)輸度。采用智能控制系統(tǒng)后，帶式輸送機(jī)磨耗以及能耗均得以顯著降低，取得較好的應(yīng)用效果。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　作者：王飛

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