[发明专利]基于视频识别的皮带运输系统的自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明属于皮带运输技术领域，具体涉及一种基于视频识别的皮带运输系统的自适应控制方法。

背景技术

大中型煤矿中，井田边界扩大，皮带运输机线路不断延长，数量不断增加，变频器也已经成为皮带运输机驱动的主要设备，仅仅神华神东矿区就有约100条变频驱动的皮带运输机(配套约有300多套变频器，配套电机功率主要为：500KW、800KW、1000KW、1200KW、1600KW、1800KW等)，但就目前神华、中煤矿区，甚至全国来说，变频器的使用中存在以下问题：1)就成本而言，变频器比传统的驱动装置要高很多，但是，变频器目前只起到了软启动作用，没有发挥变频驱动的优势；2)目前没有有效的手段实现皮带运输机瞬时煤量和瞬时煤量分布检测，因此，无法通过程序自动实现变频器电源频率调节，而控制电机速度，而控制皮带运输机速度；为了安全生产，目前皮带运输机均是满速运行；3)煤矿中的带式输送机装机功率大、长时间运行，多在装机容量富裕的状态下工作；负载变化大，它常处于轻载运行和负载变化范围较大的状况下，形成了皮带运输机的用电效率低；4)皮带运输机的满速运转，带来了皮带带面的损耗，托辊等硬件设备的磨损损耗，缩短了生产使用效率；5)没有形成多条皮带运输机组成的运输系统，根据煤量的自适应最优调速控制，每条皮带都有多名现场岗位工运维，运维人员成本高。

另外，煤炭生产作为一个特殊的行业，还存在以下几个问题：

1)煤炭生产中综采工作面经常面临搬家倒面，使得皮带机运输机的运输长度经常发生变化；另外综采工作面顺槽皮带机随着工作面的回采，顺槽皮带机的长度也在不断减少；使得运输系统的参数在不断变化；

2)现在大多数皮带输送物料测算装置采用电子皮带秤，核子秤等，由于一条皮带机只安装一套装置，还有安装位置的原因，因此不能反映皮带机上物料的瞬时分布情况，造成调速算法难于实现；

3)煤矿生产中经常出现通讯设备故障和通讯线路中断情况，尤其在综采工作面发生更为频繁，但由于不影响设备的运行，此时采煤机、刮板输送机、皮带机等仍在运行，在此情况下如何通过不同信息源来估计设备的运行状态，将对控制系统的鲁棒性有很大影响.

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于视频识别的皮带运输系统的自适应控制方法，基于视频信号动态获得皮带运输机上的瞬时总煤量及瞬时煤量分布，而依据皮带运输煤量实现对变频驱动的矿用皮带运输系统的调速控制；满足矿井日常运维对皮带运输系统的调速要求、降低设备磨损要求、节能降耗要求；具有配置灵活、功能强大、性能优良、成本低的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于视频识别的皮带运输系统的自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1)动态获得皮带运输机上的瞬时总煤量和瞬时煤量分布，具体做法是：

皮带运输机机头机尾安装的摄像头，获得瞬时煤量图像，通过图像、背景提取及运动物体识别的处理方法，获取煤流宽度的相对值，再进行运算和分析，得出检测范围内煤量值，煤量值与皮带速度函数v(t)、采样函数f(v)动态计算，得出皮带运输机上的瞬时煤量和某个带面范围皮带煤量分布；

计算同一条皮带上煤的运输时间，根据机尾动态煤e(c)量和机头动态煤量h(c)循环迭代匹配，结合皮带整体负载与皮带机电流变化进行匹配，计算出皮带的运输时间t1(c)，运输时间为每一段煤从机尾到机头的运输耗时，再结合皮带速度函数v(t)相结合，计算出皮带长度，不断更新皮带参数模型M1；

步骤2)将步骤1)获得的皮带运输机上的瞬时总煤量和瞬时煤量分布发给自适应最优控制服务器，自适应最优控制服务器结合通过自适应最优控制逻辑，依据煤量和皮带运输机速度，将需要的皮带速度发给井下的PLC，通过PLC和变频器交互，对变频器输出频率进行反馈控制，通过控制变频器输出电流频率来调节皮带运输机运行速度，实现皮带运输机运行速度与皮带煤量相匹配，实现运输系统的综合性能最优；

步骤3)PLC监测皮带运转状态，将状态信息并反馈给井上自适应最优控制服务器，自适应最优控制服务器结合当前电机电流、煤量分布信息，实施反馈控制，使得皮带运输机速度达到预定的要求；依据上一条皮带的瞬时煤量和煤量分布，以及煤量及分布到下游皮带特定位置的时间，采用开环方式调整皮带转速，提速超前，降速滞后，依据电机负载曲线s(t)，再对皮带速度控制进行调优。