基于視覺信息識別的煤流控制系統(tǒng)

鮑勇豪

摘要：本文研發(fā)了一種基于視覺信息識別的智能煤流調速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在陽煤榆煤礦運行結果表明：該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在滿足實際生產的條件下，有效地將變頻帶式輸送機的平均轉速降至85%左右，達到了節(jié)能降耗、延長輸送帶壽命、提高經濟效益的目的。

[關鍵詞]煤流監(jiān)控攝像頭節(jié)能降耗

在煤炭生產中運輸帶式輸送機機已經成為生產過程中必不可少的設備。由于各種原因導致在煤炭開采的過程中帶式輸送機的空轉率過高，空轉率過高導致電能的浪費，其中帶式輸送機的電費占用了煤礦生產用電量很大的比重，給煤炭運輸過程中的成本增加，而靠人為的進行調速無法滿足節(jié)能增效的目的，同時在正常煤炭運輸過程中有可能會隨機出現大塊矸石和錨桿，如果不及時進行清除處理可能造成運輸帶式輸送機損壞而對煤礦生產造成比較大的損失。

1系統(tǒng)組成與控制原理

智能帶式輸送機機調速系統(tǒng)由平臺軟件、礦用隔爆兼本安型攝像機、礦用隔爆兼本安型電氣控制箱（核心為監(jiān)測主機）、礦用隔爆兼本安型補光燈和光纜等部分組成。

2基于圖像信息采集的煤流監(jiān)測原理

2.1煤流量檢測

在帶式輸送機的各個轉載點上方安裝視頻攝像頭，將現場實時圖像傳送回監(jiān)測主機，監(jiān)測主機加載攝像頭相關SDK函數接口采集到圖像幀，然后經過OpenCV圖像處理后將真彩圖像轉換為二值化圖像。

若有煤流經過檢測區(qū)域時，將每一幀畫面轉換為二值化圖像，通過采集當前選定監(jiān)測區(qū)域內的二值化視頻像素進行像素掃描，經過算法分析后算出圖像中黑色像素的占比，即可判斷對應煤炭像素在整體選擇像素中的占比，然后輸出占比值，結合當前帶速值即可反映帶式輸送機的當前煤量，再經過可編程序控制箱內的PLC后計算后輸出預設變頻調速裝置的給定頻率，從而實現帶式輸送機機的自動調速當監(jiān)測主機監(jiān)測到設備故障時，帶式輸送機將被調為高速，同時隔離視頻煤量檢測系統(tǒng)，將運輸帶式輸送機調節(jié)到無調速的滿速運行狀態(tài)。

2.2矸石監(jiān)測

監(jiān)測主機利用監(jiān)控軟件通過探頭實時傳回的視頻信號在選定的視頻范圍內對體積大的矸石進行輪廓分析，當在二值化圖像下采集到的像素內凡是被黑色像素包圍的白色像素區(qū)域符合等于或者超過設定面積的輪廓，即被認定為矸石，監(jiān)測主機隨后將信號通過MODBUS通訊協(xié)議輸出至I0設備對應點位進行置位。

2.3錨桿監(jiān)測

監(jiān)測主機利用監(jiān)控軟件通過探頭傳回的畫面中，將當前真彩畫面轉化為二值化圖像后分析選定畫面中某一位置的像素部分進行分析，在選定像素范圍內通過對白色像素的輪廓監(jiān)測，在黑色像素中如果連續(xù)多行出現白色像素并且是連續(xù)出現的每行白色像素數量的誤差在3-6個像素點，同時連續(xù)出現行數達到規(guī)定的累計數量后，被判斷為錨桿，監(jiān)測主機隨后將信號通過MODBUS通訊協(xié)議輸出至IO設備對應點位進行置位。

通過攝像頭將帶式輸送機當前現場實時圖像傳送回控制箱內的服務器，服務器內加載攝像頭相關SDK函數接口采集到圖像幀，然后經過OpenCV圖像處理后將真彩圖像轉換為二值化圖像，再通過相關代碼獲取客戶在圖像上所選取的范圍像素，經過算法分析后算出圖像中黑色像素的占比然后輸出對應的IO設備上的點位給PLC來控制變頻器給定頻率達到控制帶式輸送機機不同煤量下的速度，以實現節(jié)能降耗。

2.4故障報警

當監(jiān)測主機監(jiān)測到設備故障時，帶式輸送機自動調為高速，同時隔離視頻煤量檢測系統(tǒng)，運輸帶式輸送機調節(jié)到無調速的正常運行狀態(tài)。監(jiān)控主機所監(jiān)控的故障如：視頻信號丟失，視頻模糊，電氣控制箱故障等，同時帶式輸送機沿線的擴音電話以語音的方式報警給帶式輸送機沿線人員，同時，上傳到地面服務器，地面客戶端同時語音報警，顯示報警故障位置，狀態(tài)等。

3系統(tǒng)運行結果及效能分析

陽泉煤業(yè)集團榆樹坡礦運行效果見圖1，左圖滿速狀態(tài)，右圖為怠速狀態(tài)，圖中綠色邊框為調速軟件讀取帶式輸送機煤量的檢測區(qū)域。

圖2為系統(tǒng)存儲的2018年1月9日約1h時的歷史數據。可以通過數據曲線查看產煤情況。

數據時長1h;全速累計時長6min;中速累計時長48min;低速累計時長6min。帶式輸送機平均運行速度比調速前降低10%。

4結語

論述了基于視頻識別煤量控制帶式輸送機速度的方法，并介紹了該方法在陽泉煤業(yè)集團榆樹坡礦使用的效果。實際應用表明本方法實現了帶式輸送機根據煤量的自動調速。通過分析歷史數據，調速系統(tǒng)使帶式輸送機平均速度降低15%。

參考文獻

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[2]《海康SDK開發(fā)文檔》海康威視，

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