基于視頻監控的帶式輸送機運量調節系統研究

悅晨光， 蘇晉鵬

（山西晉煤集團長平洗煤廠， 山西 晉城 048400）

引言

帶式輸送機作為一種散料運輸的關鍵設備，憑借著結構簡單、運輸速度快、效率高的優點已經成為煤礦上最重要的物料輸送設備，隨著煤礦綜采效率的不斷提升，對帶式輸送機運輸的效率、穩定性提出了更高的需求，隨著帶式輸送機不斷向著高帶速、大運量方向發展，在運行過程中消耗的電能也越來越多，特別是目前多數帶式輸送機不管輸送機上的煤炭運量有多少均采用恒帶速運行控制的模式，造成了嚴重的能耗浪費，因此本文提出了一種新的帶式輸送機運量調節系統。

1 帶式輸送機運量調節系統

根據煤礦帶式輸送機的運行控制需求和實際輸煤量不斷變化的情況，本文所提出的基于視頻監控的帶式輸送機運量調節系統主要包括視頻識別監控、運行控制調速、執行單元，共三個部分，其整體結構如圖1所示[1]。

圖1 帶式輸送機運量調節系統結構示意圖

由圖1可知，該運量調節系統中視頻識別監控單元主要由位于井下的數字攝像儀構成，攝像儀獲取視頻監控圖形后將其進行壓縮并上傳到地面控制中心的視頻處理單元內，視頻解析處理系統利用圖像識別技術對其進行解析處理，對輸送帶上的瞬時煤量和煤量分布情況進行判斷。運行調速系統則根據煤量識別結果，結合輸送機系統布置模型、煤量分布、運行帶速等，對帶式輸送機下一階段的運行狀態提前進行判別，然后輸出運行控制信號，控制變頻器的輸出電流，實現對帶式輸送機運行帶速的靈活調整。

2 煤量視頻監控系統

該運量調速系統的核心在于視頻監控系統對煤量識別的準確性，為了精準監視輸送帶上的煤量，在該監控系統中將輸送機機頭、落煤點以及轉接點均設置煤量監控裝置[1]。在視頻監控過程中系統首先對數字攝像儀監測到的煤量圖形進行初步解析，獲取關鍵區域的煤量分布圖形，通過圖形分割軟件對輸送帶上的煤量分布面積進行對比，獲取到結果后實時發送。在進行煤量識別過程中系統主要抓取輸送帶上的煤量分布的寬度和位置，通過系統內的高度算法邏輯，確定輸送帶上煤量分布的截面類型，進而確定截面面積，根據帶式輸送機的運行速度即可計算出輸送帶上的煤量分布情況。

利用該煤量監控系統對井下輸送帶的煤量變化情況進行分析，驗證該煤量監控系統對輸送帶上煤量的分布情況監測的準確性，結果表明該煤量監測系統能夠準確識別輸送帶上的煤量分布情況，具有檢測速度快、準確性高、穩定性好的優點，監測結果如下頁圖2所示。

3 帶式輸送機運量調節系統的原理及改造

帶式輸送機的運量調節系統的目的在于根據各落煤點的落煤變化情況來調整輸送帶的運行帶速，滿足節能和控制運輸量的需求，因此本文選擇了根據所獲取的煤量變化情況來進行速度調節的控制邏輯，其控制原理如圖3所示[3]。

圖2 輸送機上煤量分布情況

圖3 帶式輸送機運量調節原理示意圖

在進行控制的過程中，系統首先根據整個輸送機系統各個輸送帶的長度建立煤流運輸模型，根據模型、煤量識別結果、當前各個輸送帶的運行速度，對輸送帶上的煤量運輸時間進行確定，評估達到下一條輸送帶上的時間、煤量，然后根據輸送機的運行平衡率，進行帶速的匹配。若匹配帶速大于當前輸送帶的運行速度，則系統控制變頻器提升輸送機驅動電機的運行速度，提升帶式輸送機的運行速度，反之則降低輸送帶的運行速度。根據實際運行測試，該系統在運行控制過程中具有輕微的滯后性，因此需要設置一定的調節周期，實現變頻器在工作過程中的平穩調節控制，對驅動電機的影響降低到最小，避免突然轉換時的沖擊。

為了對該運行控制系統的控制效果進行分析，對煤礦井下帶式輸送機運行調節系統進行改造，滿足基于視頻監控的帶速調節控制需求，對輸送帶在煤量運輸過程中的實際轉速和額定轉速比值[4]進行分析，其結果如圖4所示。

由實際監測結果可知，在運行調節時間內，帶式輸送機的平均帶速約為額定轉速的89.2%，在調速過程中未出現散料、堆料等異常，系統表現出了較高的穩定性。

由帶式輸送機系統電機轉速分布直方圖可知，在運行控制過程中帶式輸送機的運行轉速主要以額定轉速的89.2%運行，占據了整個運行期間的41.9%，輸送帶的平均運行帶速降低10.8%，因此其工作時的輸送帶磨損量降低10.8%，使用壽命也得到了相應的提升，同時輸送機運行過程中的平均電能消耗降低了14.6%，極大提升了輸送機運行的經濟性和穩定性。

圖4 輸送機系統電機轉速分布直方圖

4 結論

1）基于視頻監控的帶式輸送機運量調節系統主要包括視頻識別監控、運行控制調速、執行單元，共三個部分，能夠對帶式輸送機下一階段的運行狀態提前進行判別，然后輸出運行控制信號，控制變頻器的輸出電流，實現對帶式輸送機運行帶速的靈活調整；

2）煤量監控系統能夠準確對輸送帶上的煤量分布情況進行監控，具有檢測速度快、準確性高、穩定性好的優點；

3）在該運行調節控制系統作用下，輸送帶的平均運行帶速降低10.8%，有效降低了輸送帶磨損量，使用壽命也得到了相應的提升，同時輸送機運行過程中的平均電能消耗降低了14.6%，極大提升了輸送機運行的經濟性和穩定性。