煤矿井下带式输送机智能控制系统研究

　　摘要：为了提升煤矿带式输送机运行效率并降低能耗，基于视频识别、模糊控制技术提出了一种带式输送机智能控制系统。该系统采用高清摄像头获取输送带上煤流信息，通过视频图像处理技术掌握输送带上瞬间煤流量;为了避免输送机频繁调速将输送带煤流量划分成若干区段，每个区段有对应的输送带运行速度;将煤流量信息及输送带张紧信息输入到模糊控制器，通过模糊控制器及变频器控制带式输送机运行速度。现场应用后，输送机负载变化较小时运行速度保不变、负载有较大变化时则采取阶梯调速策略调整输送机运行速度，从而达到降低输送机能耗及磨耗目的，并充分发挥变频器功能。

　　关键词：带式输送机;变频器;视频识别;运行速度;模糊控制器;智能控制系统

　　0引言带式输送机具备运输量大、运送距离长、效率高等优点，是现阶段煤矿井下常用的运输设备[1]。煤炭生产特点决定了带式输送机运输的煤炭量具有不均衡性，带式输送机长时间处于轻载、空载状态，若带式输送机按照恒定速度运行不仅会增加输送机能耗及磨损，而且会增加矿井运输成本[2-4]。带式输送机安装变频器后可依据输送机运载量调整输送机运行速度，但是绝大多数矿井仅将变频器作为软启动工具使用，未能充分发挥变频器功能[5]。

　　为了提升煤矿井下带式输送机运行效率并降低能耗，文中根据以往研究成果[6-7]提出将视频识别技术应用到带式输送机智能控制中，通过视频监控获取到带式输送机煤流分布，依据煤流量与运行速度间关系智能调整带式输送机运行速度，不仅可发挥变频器功能而且可显著提升带式输送机运行效率。

　　1煤量识别

　　现阶段视频识别技术已经在神东煤炭哈拉沟煤矿、山西王家岭矿以及同煤集团燕子山矿等成功应用，识别结果可信度高。带式输送机运煤量动态识别主要是计算机通过对视频图像的加工、处理及分析，实时获取输送带上煤流量。实时获取到的图像经预处理、感兴趣区域提取、煤流信息提取以及图像分割等，将得到的感兴趣区域范围与煤流区域范围进行比对，从而掌握输送带瞬时煤量。在输送带煤量动态识别过程中，煤流区域、感兴趣区域提取是最为关键的2个方面。感兴趣主要是定位输送带位置、宽度，降低图像背景对识别结果影响，为获取输送带上输送煤量提供参考;在感兴趣区域基础上通过分别提取煤流颜色、能量及运动特征作为时域、频域特征，并提取满足时域、频域特征的图像区域取交集预算，从而掌握煤流区域具体面积。

　　2梯度调速智能控制

　　2.1梯度调速方法

　　现阶段带式输送机智能调速控制多是依据煤流量实时调整输送机运行速度，上述调速控制方式虽然可降低输送机能耗，但是也会增加输送带磨耗量、降低输送带使用寿命;同时采用传感器获取到的煤流量数据容易受外界环境干扰，从而导致输送机速度调控滞后输送带煤流量，当煤流量突然增加时输送机不能及时提速会导致堆煤、溢煤等故障发生。为此文中提出梯度调速控制方式，当煤流量在某一区间内带式输送机运行速度保持不变;煤流量进入到另一区域时带式输送机运行速度调整至与该区域对应的运行速度。依据煤流量识别结果、单位长度煤流量确定带式输送机运行速度。

　　2.2输送机智能调速

　　2.2.1智能调速方法

　　通过输送传感器实时监测输送带运输速度，通过视频识别技术掌握输送带上煤流分布情况及单位长度煤量。将输送带单位煤流量信息以及运行速度信息传送到构建的力学模型中。根据煤流量信息，通过模糊控制器进行模糊决策，从而输出与煤流量对应的运行速度指令，通过变频器调整输出频率，进而控制驱动电机转速及输送带运行速度，从而实现带式输送机智能阶梯调速。

　　2.2.2智能调速方法

　　为了简化控制流程，文中所提智能控制系统采用模糊控制策略，检测获取到的信息经过模糊处理后转换成模糊控制量，通过模糊控制规则及模糊量实现模糊推理及决策。带式输送机张紧力是判定输送机运行状况的重要指标，为了确保带式输送机平稳调速，将单位长度煤量Q、输送机张紧力变化率dF作为模糊输入量，经过模糊处理器处理后，将输送带运行速度V作为输出量。具体单位长度煤量Q变化范围在0~391kg/m，张紧力变化率dF范围在-144~144N/s，输送机运行速度范围在0~4.8m/s。

　　3工程应用分析

　　在汾西矿业两渡矿对文中所提带式输送机智能控制系统在石门运输带式输送机上进行工程应用。石门运输带式输送机型号为DTL-1200、运输距离1000m、带强2500N/m，额定运行速度4.8m/s，电动机功率为3×400kW并对智能控制系统运行期间带式输送机运行情况进行采集。

　　1)带式输送机运行速度依据煤流量变化阶梯调速度，当煤流量变化较小时输送机运行速度保持不变化，煤流量变化较大时则阶梯增加或者降低运行速度。2)监测期间发现带式输送机单位输送煤量最大值为额定值的80%，采用智能控制系统后带式输送机未出现溢煤、堆煤以及异常停机等故障，带式输送机可根据输送带运输煤量梯形调整运行速度。3)带式输送机高速、低速累积运行时间均为12min，中速累积运行时间达到96min，表明智能控制系统主要将带式输送机运行速度保持在中速运转，即可满足煤炭运输需要又避免了输送机频繁调速，降低变频、输送带等设备磨耗，可在一定程度上提升带式输送机使用寿命并降低能耗。

　　煤矿论文投稿刊物：《中国煤炭》(月刊)1963年创刊，具有权威性、导向性和科学性的国家级综合性科技期刊，中文核心期刊。以科技为主导，技术、经济相结合，以国内为主体，国内、国际相结合。内容分为煤炭科技和经济两大板块。

　　4结论

　　1)为了提升带式输送机智能化控制水平并降低设备能耗，基于视频识别技术以及模糊控制技术提出一种带式输送机智能控制系统，该系统以视频识别技术获取到的输送带运输煤流量为基础，将煤流量划分成若干区间，每个区间有其对应的运输速度。2)根据输送带煤流量信息以及输送带张力信息，通过模糊控制器输出梯度调速指令，变频器依据调速制定改变输出电流频率，从而实现输送机阶梯调速控制。3)在两渡矿现场应用后，智能控制系统可根据煤流量调整输送机运行速度，当煤流量变化较小时输送带运输速度保持不变，煤流量变化较大时则阶梯调整输送带运输度。采用智能控制系统后，带式输送机磨耗以及能耗均得以显著降低，取得较好的应用效果。

　　参考文献：

　　[1]王帅.带式输送机梯度调速系统研究[J].煤矿机械，2021，42(01)：57-60.

　　[2]周保卫.多级串联带式输送机智能协调控制系统[J].煤矿机械，2020，41(12)：180-182.

　　[3]赵仁渔，朱波，张小松，李海潇.智能带式输送机巡检机器人的研究与应用[J].中国煤炭，2020，46(10)：40-43.

　　[4]王志文，武利生.井下带式输送机智能调速控制系统设计与研究[J].煤矿机械，2020，41(04)：8-11.

　　作者：王飞

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