于 浩

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046100）

郭莊煤礦3-2煤大巷所配置的帶式輸送機長度為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，輸送機運行時的額定帶速為3.5m/s。在實際運行過程中由于不同井口處的出煤量不一致，導致不同時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)下運行時會耗費大量的電能，嚴重影響了郭莊煤礦的整體經(jīng)濟效益。因此專門針對該缺陷，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對輸送帶上煤炭量的模糊判斷，根據(jù)判定結果實時調(diào)整輸送的運行速度，很好地解決了傳統(tǒng)恒速控制導致的電能損失大的難題，提升了輸送機系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

1 基于視頻監(jiān)控的輸送機調(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)行單元構成。視頻監(jiān)控單元主要用于對運動中的輸送帶上的煤量分布狀況進行動態(tài)監(jiān)測。圖像處理單元主要是用于對監(jiān)控圖像進行識別和處理，對某個時間點輸送帶上的運煤量進行判斷。帶速調(diào)控單元主要是根據(jù)輸送帶上的煤量自動對輸送機系統(tǒng)的運行速度進行調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)主要是依據(jù)所建立的輸送機系統(tǒng)的拓撲結構模型，該模型將輸送帶長度、輸送帶上的煤量分布、各點位的煤量分布狀況進行有機整合，能夠使不同的煤炭運量自動匹配相應的輸送帶轉速[2]。帶速調(diào)控單元主要是根據(jù)系統(tǒng)所發(fā)出的調(diào)速信號改變輸送機帶速控制系統(tǒng)的變頻器的工作頻率來實現(xiàn)對輸送帶運行速度的調(diào)節(jié)，為了確保對煤礦井下煤炭輸送量監(jiān)控的準確性，在該輸送機系統(tǒng)中，采用了數(shù)字式高清攝像機。郭莊煤礦基于視頻監(jiān)控的輸送機調(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)控的輸送機調(diào)速控制系統(tǒng)工作原理

2 視頻監(jiān)控中煤量識別系統(tǒng)的應用

郭莊煤礦在該基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機自動調(diào)速控制系統(tǒng)中，調(diào)速控制的準確性主要取決于對輸送帶上煤量識別的精確性。該系統(tǒng)中的煤量識別主要是依據(jù)PLC視頻圖像處理技術對監(jiān)測到的圖像先進行預處理，然后識別出感興趣的重點監(jiān)控區(qū)域，并對該區(qū)域內(nèi)的煤流特征進行提取、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)域的面積進行對比，進而判斷出系統(tǒng)瞬時的煤量情況。

該煤量識別系統(tǒng)在郭莊煤礦應用中表現(xiàn)出了極高的煤量識別率，在101輸送帶機尾和連采二機機頭位置處，視頻監(jiān)控煤量識別系統(tǒng)對輸送帶上煤量的判斷結果如圖2所示。

圖2 井下不同區(qū)域視頻監(jiān)控煤量識別結果

由實際應用結果可知，在101輸送帶機尾的采煤監(jiān)控點處，系統(tǒng)對監(jiān)控圖像的處理時間約為15ms，此時在輸送帶上的煤量為滿載情況下的72%，而在另外的連采二隊監(jiān)測點上，輸送帶上的煤量為零，其和實際狀態(tài)一致，且在處理過程中監(jiān)控系統(tǒng)對圖像的識別時間平均約為12ms，表現(xiàn)出了極高的敏捷性，能夠滿足對輸送帶上煤量實時監(jiān)測、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)各個輸送帶的長度和理論運行速度等建立其拓撲結構模型[4]，對系統(tǒng)運行過程中的匹配速度進行實時預測控制，根據(jù)所判定的輸送機系統(tǒng)的煤炭的運量，確定該分支上煤炭到達總的輸送機的實際運量，系統(tǒng)還將根據(jù)達到下游的輸送機上的煤炭的瞬時量和煤流分布情況自動地計算出與之配合的輸送帶的預測速度v。如果系統(tǒng)所預測的帶速要大于目前的運行速度則系統(tǒng)就需要在煤炭還沒有到達下一個輸送機之前的t時刻進行加速，進而滿足輸送機系統(tǒng)穩(wěn)定運行的需求，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)控的帶式輸送機調(diào)速控制系統(tǒng)在郭莊煤礦的應用情況，對2019年3月16日至17日輸送帶運行過程中的煤量變化和調(diào)速電機的轉動情況進行統(tǒng)計，結果如圖4所示。

圖4 郭莊煤礦帶式輸送機瞬時煤量及轉速變化直方圖

由統(tǒng)計結果可知，在基于視頻監(jiān)控的輸送機調(diào)速控制系統(tǒng)的作用下，輸送機系統(tǒng)工作時的平均轉速僅為額定運行速度的87.2%，其中輸送機以正常轉速的85.6%運行的時間占據(jù)了總運行時間的43%，顯著降低了輸送機系統(tǒng)在運行時的帶速。

根據(jù)郭莊煤礦的實際統(tǒng)計，該輸送機系統(tǒng)運行時的能耗占據(jù)了系統(tǒng)運行能耗的37%。該基于視頻監(jiān)控的輸送機調(diào)速控制系統(tǒng)投入運行以來，運行速度降低了約12.8%，能耗降低了約11.6%，每年節(jié)約電費約為783萬元，極大地提升了郭莊煤礦輸送機系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

5 結論

本文通過對郭莊煤礦基于視頻監(jiān)控的帶式輸送機調(diào)速控制系統(tǒng)結構、工作原理及實際影響效果的分析，結果表明：

（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)行單元構成。煤量識別主要是依據(jù)PLC視頻圖像處理技術對監(jiān)測到的圖像先進行預處理，然后識別出感興趣的重點監(jiān)控區(qū)域，并對該區(qū)域內(nèi)的煤流特征進行提取、圖像分割。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)對圖像的識別時間平均約為12ms，表現(xiàn)出了極高的敏捷性，能夠滿足對輸送帶上煤量實時監(jiān)測、快速判斷的要求。

（3）該基于視頻監(jiān)控的輸送機調(diào)速控制系統(tǒng)投入運行以來，運行速度降低了約12.8%，能耗降低了約11.6%，每年節(jié)約電費約為783萬元，極大地提升了郭莊煤礦輸送機系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。