基于視頻監(jiān)控的輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)在郭莊煤礦的應(yīng)用

于 浩

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

郭莊煤礦3-2煤大巷所配置的帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度為7800m，主要用于承接不同井口處所輸送的煤炭，理論上的最大輸送量約為1200t/h，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的額定帶速為3.5m/s。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中由于不同井口處的出煤量不一致，導(dǎo)致不同時(shí)刻輸送帶上的煤量存在著較大的差異，使輸送帶在輕載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)會(huì)耗費(fèi)大量的電能，嚴(yán)重影響了郭莊煤礦的整體經(jīng)濟(jì)效益。因此專(zhuān)門(mén)針對(duì)該缺陷，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶上煤炭量的模糊判斷，根據(jù)判定結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整輸送的運(yùn)行速度，很好地解決了傳統(tǒng)恒速控制導(dǎo)致的電能損失大的難題，提升了輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1 基于視頻監(jiān)控的輸送機(jī)調(diào)速控制原理

該視頻監(jiān)控調(diào)速控制系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控單元、視頻圖像處理單元[1]、帶速調(diào)控單元以及執(zhí)行單元構(gòu)成。視頻監(jiān)控單元主要用于對(duì)運(yùn)動(dòng)中的輸送帶上的煤量分布狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。圖像處理單元主要是用于對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行識(shí)別和處理，對(duì)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)輸送帶上的運(yùn)煤量進(jìn)行判斷。帶速調(diào)控單元主要是根據(jù)輸送帶上的煤量自動(dòng)對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)主要是依據(jù)所建立的輸送機(jī)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，該模型將輸送帶長(zhǎng)度、輸送帶上的煤量分布、各點(diǎn)位的煤量分布狀況進(jìn)行有機(jī)整合，能夠使不同的煤炭運(yùn)量自動(dòng)匹配相應(yīng)的輸送帶轉(zhuǎn)速[2]。帶速調(diào)控單元主要是根據(jù)系統(tǒng)所發(fā)出的調(diào)速信號(hào)改變輸送機(jī)帶速控制系統(tǒng)的變頻器的工作頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶運(yùn)行速度的調(diào)節(jié)，為了確保對(duì)煤礦井下煤炭輸送量監(jiān)控的準(zhǔn)確性，在該輸送機(jī)系統(tǒng)中，采用了數(shù)字式高清攝像機(jī)。郭莊煤礦基于視頻監(jiān)控的輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)速控制原理如圖1所示。

圖1 基于視頻監(jiān)控的輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理

2 視頻監(jiān)控中煤量識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用

郭莊煤礦在該基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機(jī)自動(dòng)調(diào)速控制系統(tǒng)中，調(diào)速控制的準(zhǔn)確性主要取決于對(duì)輸送帶上煤量識(shí)別的精確性。該系統(tǒng)中的煤量識(shí)別主要是依據(jù)PLC視頻圖像處理技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)到的圖像先進(jìn)行預(yù)處理，然后識(shí)別出感興趣的重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，并對(duì)該區(qū)域內(nèi)的煤流特征進(jìn)行提取、圖像分割[3]，然后將獲得的煤流區(qū)域的面積和感興趣區(qū)域的面積進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而判斷出系統(tǒng)瞬時(shí)的煤量情況。

該煤量識(shí)別系統(tǒng)在郭莊煤礦應(yīng)用中表現(xiàn)出了極高的煤量識(shí)別率，在101輸送帶機(jī)尾和連采二機(jī)機(jī)頭位置處，視頻監(jiān)控煤量識(shí)別系統(tǒng)對(duì)輸送帶上煤量的判斷結(jié)果如圖2所示。

圖2 井下不同區(qū)域視頻監(jiān)控煤量識(shí)別結(jié)果

由實(shí)際應(yīng)用結(jié)果可知，在101輸送帶機(jī)尾的采煤監(jiān)控點(diǎn)處，系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控圖像的處理時(shí)間約為15ms，此時(shí)在輸送帶上的煤量為滿(mǎn)載情況下的72%，而在另外的連采二隊(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，輸送帶上的煤量為零，其和實(shí)際狀態(tài)一致，且在處理過(guò)程中監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)圖像的識(shí)別時(shí)間平均約為12ms，表現(xiàn)出了極高的敏捷性，能夠滿(mǎn)足對(duì)輸送帶上煤量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、快速判斷的要求。

3 調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)速控制流程

在調(diào)速控制系統(tǒng)，系統(tǒng)首先根據(jù)各個(gè)輸送帶的長(zhǎng)度和理論運(yùn)行速度等建立其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型[4]，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的匹配速度進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)控制，根據(jù)所判定的輸送機(jī)系統(tǒng)的煤炭的運(yùn)量，確定該分支上煤炭到達(dá)總的輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)量，系統(tǒng)還將根據(jù)達(dá)到下游的輸送機(jī)上的煤炭的瞬時(shí)量和煤流分布情況自動(dòng)地計(jì)算出與之配合的輸送帶的預(yù)測(cè)速度v。如果系統(tǒng)所預(yù)測(cè)的帶速要大于目前的運(yùn)行速度則系統(tǒng)就需要在煤炭還沒(méi)有到達(dá)下一個(gè)輸送機(jī)之前的t時(shí)刻進(jìn)行加速，進(jìn)而滿(mǎn)足輸送機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求，其聯(lián)合調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)速控制原理如圖3所示。

圖3 聯(lián)合調(diào)速控制流程

4 聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)的節(jié)能效果分析

根據(jù)該基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)在郭莊煤礦的應(yīng)用情況，對(duì)2019年3月16日至17日輸送帶運(yùn)行過(guò)程中的煤量變化和調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 郭莊煤礦帶式輸送機(jī)瞬時(shí)煤量及轉(zhuǎn)速變化直方圖

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在基于視頻監(jiān)控的輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的作用下，輸送機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)的平均轉(zhuǎn)速僅為額定運(yùn)行速度的87.2%，其中輸送機(jī)以正常轉(zhuǎn)速的85.6%運(yùn)行的時(shí)間占據(jù)了總運(yùn)行時(shí)間的43%，顯著降低了輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)的帶速。

根據(jù)郭莊煤礦的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，該輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的能耗占據(jù)了系統(tǒng)運(yùn)行能耗的37%。該基于視頻監(jiān)控的輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行速度降低了約12.8%，能耗降低了約11.6%，每年節(jié)約電費(fèi)約為783萬(wàn)元，極大地提升了郭莊煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)郭莊煤礦基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及實(shí)際影響效果的分析，結(jié)果表明：

（1）該視頻監(jiān)控調(diào)速控制系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控單元、視頻圖像處理單元、帶速調(diào)控單元以及執(zhí)行單元構(gòu)成。煤量識(shí)別主要是依據(jù)PLC視頻圖像處理技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)到的圖像先進(jìn)行預(yù)處理，然后識(shí)別出感興趣的重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，并對(duì)該區(qū)域內(nèi)的煤流特征進(jìn)行提取、圖像分割。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)圖像的識(shí)別時(shí)間平均約為12ms，表現(xiàn)出了極高的敏捷性，能夠滿(mǎn)足對(duì)輸送帶上煤量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、快速判斷的要求。

（3）該基于視頻監(jiān)控的輸送機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行速度降低了約12.8%，能耗降低了約11.6%，每年節(jié)約電費(fèi)約為783萬(wàn)元，極大地提升了郭莊煤礦輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。