基于视频监控的输送机运量监视及调速系统的研究

周密林

（中国煤炭科工集团山西天地煤机装备有限公司，山西 太原030006）

随着煤矿井下综采自动化水平的不断增加，煤炭生产效率迅速提升，为了满足井下煤炭的运量要求，越来越多的输送机开始向着高带速的方向发展。由于输送机在运行时的煤炭的运输量在不同的时间呈现出了不均匀性，输送机长期在高带速下运行不仅导致耗费大量的电力资源而且加速了带式输送机传动系统的磨损，给输送机的安全稳定运行带来了极大的安全隐患。因此迫切需要一种根据输送机上物料的输送量来对其运行速度进行调节的控制系统，本文根据长期工作经验及理论分析，提出了利用煤矿井下现有的视频监控系统来对输送带上运输的煤炭的重量进行模糊计算[1]，获取其承载分支的煤宽比，由输送量来实现对输送机的驱动电机的输出功率的调整，灵活地调整输送机在运行时的速度。该方案以在某矿实现稳定运行三个月，极大降低了输送机运行时的电能消耗，提升了其工作时的稳定性和可靠性，具有极大的应用推广价值。

1 煤量监测与调速系统结构组成

基于视频监控的带式输送机煤量监测与调速系统的整体结构如图1所示[2]。

图1 基于视频监控的煤量监测与调速系统示意图

由图1可知，该控制系统整体包括数字视频监控、输送机运行控制系统及中央控制计算机组成，本文以某矿的12306巷道内设置的十采一横带式输送机系统为对象，通过视频监控系统对输送机运行时的煤量情况进行监测，其视频监控系统设置时为了确保对煤量监测的准确性，需将监控设备设置在输送机端部约40 m的位置，确保当输送机带速突然增加时所带来的视频信号滞后现象，同时在输送带上方以30°的倾角设置照明设备，满足对煤炭运量的监测。

系统监测完成后利用计算机系统对煤炭的运量进行模糊处理计算，然后根据预先设定的煤量、带式对应关系对输送机的带速控制系统进行调节，满足输送机在不同运量下的变速运行要求。

2 煤量模糊识别

为了实现视频监控系统根据视频监控结果自动对输送带上所运输的煤量的自动计算，本文提出了一种新的视频数据提取理论，其数学表达式可表示为[3]：

式中：σ（x，y）为在处（x，y），视频监控的多帧图像上像素值的标准差；x（x，yt0）为在（x，y）处，各视频监控图幅上的像素值；x为在（x，y）处的各点在多帧图像上像素值的平均值；n为同一组处理数据中的图像的点数。

由式（1）可知，σ（x，y）实际上反应了在nT时间段内视频监控系统所采集到的图像上在任一位置（x，y）处的像素值相对于像素均值的变化情况。由分析可得，在监控过程中煤炭区域内随时间上变化很大，通过对（x，y）所处的图像的非煤炭的边界区域的判断即可实现初步的对输送带上所堆积的煤炭边缘的确定。进而根据所分析的煤炭边缘，再根据几何矩阵的模糊化逻辑处理即可获得在监控过程中输送带上煤炭输送量的变化情况。在进行数据换算时，首先将监控视频中的图像数据按照识别的像素放入特定的队列中，然后将该组数据中所有的像素点的像素值组成一个数据序列，依次进行滤波、边缘检测等，最后再从视频信息中读取一帧图像放入到该队列内，对其边界提取进行复测。

输送带上煤炭的模糊判断时煤炭在输送带上的堆积如图2所示。

图2 煤炭堆积形状示意图

在实际工作中在物料的作用下输送带会下垂，其垂度的大小与运输的煤炭量呈正比关系，则其运输的煤炭量可表示为[4]：

式中：Q为运煤量；k为煤炭的煤量系数；P为带式输送机的输送带的形状系数；Bm为输送带上的煤炭的堆积宽度；Vs为带式输送机运行时的实际的带速；Vs为输送机的额定带速；Bd为输送带的接触煤炭部分的带宽；Bs为带式输送机输送带的带宽。

根据煤炭输送量对输送机的带速进行调节的基本依据是在确保煤炭运输过程中不散落的基础上降低带式输送机的速度，尽量降低输送机的带速，增加对煤炭的运输量，当煤炭运量减少时则可以调整带速，满足高带速的运输要求。因此可获取不同煤量情况下的带速曲线如图3所示。

图3 煤量和速度的对应关系曲线

3 煤量监测与调速系统的应用

为了对该煤量监测与调速系统的应用效果进行研究，本文以某矿12306巷道内设置的十采一横带式输送机系统为研究对象，对输送机在运行过程中的视频监测和调速情况进行研究，其视频监测如图4所示。

在应用时系统的监测及调速曲线变化如图5所示。

图4 输送机物料传输视频监控系统

图5 输送机运行时的煤宽比和调速曲线

通过对实际应用效果的分析，该系统的投入使用使其对输送带上煤炭运量的估算误差保持在6%以内，能够根据煤量的变化对输送机的运行输的进行精确调整，使运输过程中的输送机的平均带速降低了11%左右，精度高，调节稳定性好。

4 结论

本文通过对基于视频监测的带式输送机煤量监测与调速系统的系统结构、应用原理的分析，阐述了其理论可行性，通过对其在煤矿上实际应用效果的分析，表明：

1）该系统能够利用煤矿现有的视频监测系统进行物料运输量的模糊计算，估算误差能够保持在6%以内，精度高，可靠性好。

2）该系统能够根据输送带上的物料情况实现对输送机运行时带速的灵活调节，使运输过程中的输送机的平均带速降低了11%左右，精度高，调节稳定性好。