李国军
煤矿井下带式输送机自动化控制应用，陕西 咸阳 711300
摘要：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。
关键词：煤矿井下；带式输送机；自动化控制；应用
前言
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。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。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，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。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实现系统功能
1.1可编程逻辑控制器控制系统
带式输送机智能化可编程逻辑控制器控制系统主要由显示器、可编程逻辑控制器控制柜、IP广播通信、各类传感器（速度、堆煤、急停、载荷、烟雾、温度、跑偏、张紧力等）等设备组成。可编程逻辑控制器控制柜用来处理和接收操作指令、相关数据，操作控制各种设备包含数字量模块、可编程逻辑控制器主机、切除故障开关和模拟量等。运行稳定且功能齐全以及紧凑的系统架构都是西门子-可编程控制器柜S7-1500型号的特点。用S7-1500型的软件调试系统，用LAD梯形图建立程序代码。
1.2操作控制系统的步骤
①无人值守点击操作台上的“无人值守”，出现确认操作窗口后点击“确定”，模式转为“无人值守”。比方说带式输送机状态是远程自动控制时，“无人值守”按钮被按下，则带式输送机改换为“无人值守”模式，当输送机上无煤时则会自动停止运行；当主运煤巷道上有煤运输到机头时，运输机将自动开始运行。②就地自控井下控制主机安装在输送机的机头处，向左转控制旋钮到就地挡。此时，“本地”字样将显示在智能控制系统界面上的状态栏。这种状态下，操作开关按钮实现一键启停。③远程自控向右转控制旋钮到遥控器档位。此时，“远程”字样将显示在状态栏上。此时，工人在地表按下启停按钮，一键启停可以在很远的地方实现。操作员可在此时查看带式输送机储煤量，通过监控来查看并选择先后什么顺序去启动设备。A.为防止积煤出现在后置带式输送机上，启动要逆流煤方向，后置带式输送机头部积煤，按逆流煤方向启动带式输送机，即从外侧依次启动。B.为了降低沿煤流方向启动的电耗，当没有煤在输送机上时，可以沿煤流方向启动，即由内而外启动。当控制器停止时，操作员通过点击停止按钮使设备停止。停止带式输送机要顺煤流方向由内向外，以防堆煤现象。
1.3地面监控
以赵庄煤矿为例：备用和监控主机以及管理服务器还有监控软件都是带式智能化输送机组成监控系统的重要部分。系统界面组态软件用Scade代码生成，由客户端管理和服务器管理组成。服务器管理架构可以收集和存储报警探测、数据转换、点对点的数据信息，如，客户管理结构在服务器上可以利用其服务系统的数据通信功能实现人机交互，能实时监测皮带输送机上安装各种传感器的状态和设置系统的相关参数。高清摄像头安装在客户端，井下机器可以被实时查看运行状态。更生动的操作界面效果可以用SCADA软件修改或调整操作界面的位置和颜色以及形状和大小，便于操作员识别和操作。
2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。
3梯度调速智能控制
3.1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。
3.2输送机智能调速
3.2.1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。
3.2.2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。
结束语
（1）通过智能化系统改造，带式输送机的地面工作人员对井下每一条煤炭流的运输掌握的更加清晰、直白，更好地保障了地面控制单位的指挥与调度；而且，改造后的系统可以记录下运输机的各项参数，相当于飞机的黑匣子，为以后如果运输机出了故障更方便查找故障的起因，也即是说，运输机的性能将更加稳定。（2）经过近一年的试运行，我们可以比较直观地看出，在使用了改进的智能化系统之后，矿山的运行变得更加平稳高效，安全等级上升很高，为矿山及企业带来了巨大的利益。
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