CN106829393B - 带式输送机自动调速方法 - Google Patents

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Abstract

一种带式输送机自动调速方法，在带式输送机的输送带上方安装摄像头，输送带包括初级输送带和与初级输送带相连的次级输送带，摄像头位于初级输送带，摄像头采集初级输送带上表面的视频图像；对摄像头采集的视频图像进行图像处理，通过图像处理算出初级输送带上的散货宽度；将散货宽度发送给控制器，控制器调取驱动初级输送带的初级执行机构的实际速度，向控制器内输入输入参数数据；控制器根据公式计算出次级执行机构的目标速度，制器控制次级输送带的次级执行机构，进行速度调整。带式输送机自动调速方法通过拍摄视频的方式，获取输送带上散货的宽度，通过相连的两个输送带散货输送量保持一致，对输送带的速度进行调节，保证上一级输送带输送的散货，能够及时得被下一级输送带送走，避免出现货物堆积，使货物从输送带上洒落。

Description

带式输送机自动调速方法
技术领域
本发明属于矿用机械控制领域，尤其涉及一种带式输送机自动调速方法。
背景技术
根据煤量大小，调整带式输送机的速度，能够有利于节约电能、减少设备磨损。为了进行调速，近几年煤矿中的带式输送机已经大量采用变频器驱动方式，而且采用液力耦合器驱动方式的带式输送机也有逐步改造为变频驱动的趋势。但当前在用的变频驱动带式输送机，除极少数外，只能进行手动调速，都没有实现自动调速。
目前实现带式输送带自动调速的方式有：压力传感器、激光、雷达测截面、视频检测就地处理等。这几种方式都有尝试性应用，但效果不佳，原因在于：
1、增加检测设备，增加通讯设备(如光缆)，增加控制设备，成本高；
2、系统复杂，故障率高，增加工人维护工作量；
3、人工参与的比例仍然较大，而调速作业与正常生产相比，现场工人的重视度不足，设备出现问题时工人维护意愿不强。
发明内容
本发明针对上述目前的带式输送机传送方式成本高、系统复杂、维护意愿差、维护工作量大等技术问题，提出一种设备简单、成本低、便于维护的带式输送机自动调速方法。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种带式输送机自动调速方法，步骤如下：
在带式输送机的输送带上方安装摄像头，输送带包括初级输送带和与初级输送带相连的次级输送带，摄像头位于初级输送带上方，摄像头采集初级输送带上表面的视频图像；
对摄像头采集的视频图像进行图像处理，通过图像处理算出初级输送带上的散货宽度Wa和次级输送带上的散货宽度Wb；
将散货宽度Wa发送给控制器，控制器调取驱动初级输送带的初级执行机构的实际速度Va，向控制器内输入参数数据，参数数据包括初级输送带的带宽Ha、次级输送带的货面比B、非线性系数P、初级执行机构的额定速度Va'、驱动次级输送带的次级执行机构的额定速度Vb'；
控制器根据下述公式：
k×P×(Wa÷Ha)×(Va÷Va')×Ha＝k×B×(Vx÷Vb')×Hb
计算出次级执行机构的目标速度Vx，公式中k为散货量系数；
控制器控制次级输送带的次级执行机构，进行速度调整，将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx。
作为优选，所述图像处理包括以下步骤：
读取采集的视频图像，将输送带未输送散货时的图像信息作为背景图像，将输送带输送散货时的图像信息作为载物图像；
将每一帧的载物图像与对应的背景图像进行对比，根据图像的像素数据，通过自适应算法获取到合适的图像分割参数，再使用图像分割算法将图像分为散货区域和背景区域；
再根据图像分出的散货区域和背景区域，获取边界数据，并根据边界数据，得出输送带上的散货宽度。
作为优选，所述的自适应算法步骤如下：
提取与背景图像对比明显的载物图像的灰度直方图，将灰度直方图中两个波峰之间的波谷对应的像素值作为全局阀值；
根据全局阀值将载物图像分为散货区域和背景区域。
作为优选，所述的图像分割算法步骤如下：
将载物图像中每一个像素点与经过自适应算法获得的全局阀值进行比较，将像素点的像素值大于全局阀值的区域作为散货区域，并将对应像素点的像素值调整为X；将像素点的像素值小于全局阀值的区域作为背景区域，并将对应像素点的像素值调整为Y，X＞Y。
作为优选，所述获取边界数据的步骤如下：
通过图像分割算法使像素点的像素值改为X或Y的载物图像，对其每一行像素点的值进行逐行扫描，将像素值由X变为Y或由Y变为X的位置设定为边界点，
将边界点连接成边界线。
作为优选，将边界点连接成边界线后，对边界线进行极值滤波，
将边界点所处位置的坐标值通过排序算法从大到小排序；
将排序后的坐标值序列去掉最大值和最小值，并对剩余的坐标值求平均值；
将平均值作为极值滤波后边界点的坐标。
作为优选，进行速度调整时，控制器将Vx与Vb进行比对，若Vx＞Vb，控制器立即将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx；若Vx＜Vb，控制器则延时时间T后将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx。
作为优选，所述带式输送机设置在井下，所述摄像头为对井下进行视频监控的监控器，所述控制器为位于井外地面上的计算机。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、带式输送机自动调速方法通过拍摄视频的方式，获取输送带上散货的宽度，通过相连的两个输送带散货输送量保持一致，对输送带的速度进行调节，保证上一级输送带输送的散货，能够及时得被下一级输送带送走，避免出现货物堆积，使货物从输送带上洒落。
2、通过图像处理精确获取视频中散货的边界，得出输送带上散货的宽度，能够准确算出输送带上散货的输送量。
3、速度调节时，加速时立即调节，保证散货能够及时送出，避免堆积洒落；减速时延时调节，减少输送带的调节频率，提高输送到运行流畅度。
4、速度调节仅由地面的计算机实现所有的识别、计算、控制，直接利用监控器进行视频采集，无须增加额外设备，成本低，易于使用和维护。
附图说明
图1为带式输送机自动调速系统的结构示意图；
图2为带式输送机自动调速方法的工作流程图；
以上各图中：1、控制器；2、初级输送带；3、次级输送带；4、摄像头；6、初级执行机构；7、刺激执行机构。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1至2所示，带式输送机设置在井下，包括多条依次相连的输送带，煤、砂等散货通过由各个输送带依次接力，送到目的位置。
在带式输送机的输送带上方安装摄像头，摄像头为对井下进行视频监控的监控器，对带式输送机进行视频监控，从上方采集输送带表面上散货状态的视频图像。
控制器1为位于井外地面上的计算机，作为整个调速控制的中枢，控制驱动传送带的执行机构，并与摄像头相连，接收视频图像。执行机构为变频电机等能够调速的动力元件。
进行自动调速时，以相邻的两个输送带为例。两个输送带分别为初级输送带2和与初级输送带2相连的次级输送带3，摄像头位于初级输送带2上方。初级输送带2和次级输送带3分别由初级执行机构6和次级执行机构7驱动。
摄像头采集初级输送带上表面的视频图像。
对摄像头采集的视频图像进行图像处理，通过图像处理算出初级输送带上的散货宽度Wa。
将散货宽度Wa发送给控制器，控制器调取驱动初级输送带的初级执行机构的实际速度Va。
向控制器内输入参数数据，包括初级输送带的带宽Ha、次级输送带的带宽Hb、次级输送带的货面比B、非线性系数P、初级执行机构的额定速度Va'、驱动次级输送带的次级执行机构的额定速度Vb'。
初级输送带的速度根据初级输送带的速度调整，使初级输送带散货的输送量与次级输送带的散货输送量相同，将散货能够及时运出。
散货输送量＝k×货面比×带速×带宽；
带速＝实际速度/额定速度，带速取值范围为0～1；
货面比＝P×货宽比；
货宽比＝散货宽度/带宽；
其中，P为非线性系数，非线性系数P根据输送带的实际运载量、煤质、皮带形状等情况人为给出，非线性系数P的取值范围为0到1；K为散货量系数，默认取值为1，调整运算比例时微调，调整的取值范围为0.8～1.2之间。
由于初级输送带的散货输送量与次级输送带的散货输送量相同，所以根据下述公式：
k×P×(Wa÷Ha)×(Va÷Va')×Ha＝k×B×(Vx÷Vb')×Hb；
计算出次级执行机构的目标速度Vx。其中次级输送带的货面比B为人工设定，根据次级输送带所需要的输送情况，设定货面比B，货面比B取0.9、0.85等大于0小于1的数值。
控制器控制次级输送带的次级执行机构，进行速度调整，将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx。
使次级输送带的实际速度根据初级输送带的运行情况进行调整，保证散货输送量保持一直，初级输送带输送的散货能够传递给次级输送带，并能够全部及时的送出，避免散货堆积，从输送带上洒落，保证输送效率。下一级输送带的实际速度根据上一级输送带的运行情况进行调整，使整个带式输送机实现自动调速，调速工作自动进行，无须工人额外注意，减轻了工人的劳动强度，保证的调速节能的效果。
整个自动调速的系统直接采用进行视频监控的摄像头，无须额外布置视频采集装置，由地面的计算机实现所有的识别、计算、控制，系统结构简单，成本低，易于维护。
为了良好的获得散货宽度，对摄像头采集的视频图像进行图像处理，图像处理包括以下步骤：
控制器读取采集的视频图像，将输送带未输送散货时的图像信息作为背景图像，将输送带输送散货时的图像信息作为载物图像。
将每一帧的载物图像与对应的背景图像进行对比，根据图像的像素数据，通过自适应算法获取到合适的图像分割参数。
自适应算法是指通过算法对图像进行分析，获取合适的阀值对图像进行分割。通过自适应算法提取与背景图像对比明显的载物图像的灰度直方图，将灰度直方图中两个波峰之间的波谷对应的像素值作为全局阀值，全局阀值为图像分割参数。
再通过图像分割参数，利用图像分割算法进一步将图像分为散货区域和背景区域。
图像分割算法是根据阀值对图像进行二值化的过程，即将载物图像中每一个像素点与经过自适应算法获得的全局阀值进行比较，将像素点的像素值大于全局阀值的区域作为散货区域，并将对应像素点的像素值调整为X；将像素点的像素值小于全局阀值的区域作为背景区域，并将对应像素点的像素值调整为Y。其中像素值X＞Y，为提高对比度，散货区域的像素值X为0，即黑色；背景区域的像素值Y为255，即白色。
接着根据图像分出的散货区域和背景区域，获取边界数据。对载物图像每一行像素点的值进行逐行扫描，将像素值由X变为Y或由Y变为X的位置设定为边界点，将边界点连接成边界线。根据边界线数据，得出输送带上的散货宽度。
印在载物图像中一帧图像上存在很多行，所以每一行都会存在一个煤炭区域和背景区域的分界点。这些分界点连接起来就是边界。为了避免边界线上存在突然的凸起或者凹陷，使用极值滤波获取最终的边界值。
进行极值滤波，先将边界点所处位置的坐标值通过排序算法从大到小排序。接着将排序后的坐标值序列去掉最大值和最小值，并对剩余的坐标值求平均值。最后将平均值作为极值滤波后边界点的坐标，消除边界线上的凸起和凹陷，使这个边界线更加平滑，防止因此造成控制器计算出的散货输送量变化幅度较大，避免自动调速的幅度和频率的增加。
为了防止输送带频繁加速减速，进行速度调整时，控制器将Vx与Vb进行比对，若Vx＞Vb，控制器立即将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx，立即提高次级输送带的输送能力，保证散货及时送出。若Vx＜Vb，控制器则延时时间T后将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx，在不需要增加次级输送带的输送能力，无须考虑散货洒出时，减少输送带的调节次数，在延时时间T内，若Vx突然不小于Vb，则输送带无须减速，直接保持原速度或进行加速，进一步减少调速次数。
控制器可连接显示器和存储器，控制器将视频图像以及图像边界显示在显示器上，并且将计算出的散货宽度、散货输送量、目标速度以及输送带的各种参数数据进行显示。
存储器存储输送带的各种参数数据，记录散货宽度、散货输送量、目标速度等历史曲线。

Claims (8)

1.一种带式输送机自动调速方法，其特征在于，步骤如下：
在带式输送机的输送带上方安装摄像头，输送带包括初级输送带和与初级输送带相连的次级输送带，摄像头位于初级输送带上方，摄像头采集初级输送带上表面的视频图像；
对摄像头采集的视频图像进行图像处理，通过图像处理算出初级输送带上的散货宽度Wa；
将散货宽度Wa发送给控制器，控制器调取驱动初级输送带的初级执行机构的实际速度Va，向控制器内输入参数数据，参数数据包括初级输送带的带宽Ha、次级输送带的带宽Hb、次级输送带的货面比B、非线性系数P、初级执行机构的额定速度Va'、驱动次级输送带的次级执行机构的额定速度Vb'，其中货面比＝P×货宽比，货宽比＝散货宽度/带宽；
控制器根据下述公式：
k×P×(Wa÷Ha)×(Va÷Va')×Ha＝k×B×(Vx÷Vb')×Hb
计算出次级执行机构的目标速度Vx，公式中k为散货量系数；
控制器控制次级输送带的次级执行机构，进行速度调整，将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx。
2.根据权利要求1所述的带式输送机自动调速方法，其特征在于，所述图像处理包括以下步骤：
读取采集的视频图像，将输送带未输送散货时的图像信息作为背景图像，将输送带输送散货时的图像信息作为载物图像；
将每一帧的载物图像与对应的背景图像进行对比，根据图像的像素数据，通过自适应算法获取到合适的图像分割参数，再使用图像分割算法将图像分为散货区域和背景区域；
再根据图像分出的散货区域和背景区域，获取边界数据，并根据边界数据，得出输送带上的散货宽度。
3.根据权利要求2所述的带式输送机自动调速方法，其特征在于，所述的自适应算法步骤如下：
提取与背景图像对比明显的载物图像的灰度直方图，将灰度直方图中两个波峰之间的波谷对应的像素值作为全局阀值，全局阀值为图像分割参数。
4.根据权利要求2所述的带式输送机自动调速方法，其特征在于，所述的图像分割算法步骤如下：
将载物图像中每一个像素点与经过自适应算法获得的全局阀值进行比较，将像素点的像素值大于全局阀值的区域作为散货区域，并将对应像素点的像素值调整为X；将像素点的像素值小于全局阀值的区域作为背景区域，并将对应像素点的像素值调整为Y，X＞Y。
5.根据权利要求4所述的带式输送机自动调速方法，其特征在于，所述获取边界数据的步骤如下：
通过图像分割算法使像素点的像素值改为X或Y的载物图像，对其每一行像素点的值进行逐行扫描，将像素值由X变为Y或由Y变为X的位置设定为边界点，
将边界点连接成边界线。
6.根据权利要求5所述的带式输送机自动调速方法，其特征在于，将边界点连接成边界线后，对边界线进行极值滤波，
将边界点所处位置的坐标值通过排序算法从大到小排序；
将排序后的坐标值序列去掉最大值和最小值，并对剩余的坐标值求平均值；
将平均值作为极值滤波后边界点的坐标。
7.根据权利要求1所述的带式输送机自动调速方法，其特征在于，进行速度调整时，控制器将Vx与Vb进行比对，若Vx＞Vb，控制器立即将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx；若Vx＜Vb，控制器则延时时间T后将次级执行机构的实际速度Vb调整到Vx。
8.根据权利要求1所述的带式输送机自动调速方法，其特征在于，所述带式输送机设置在井下，所述摄像头为对井下进行视频监控的监控器，所述控制器为位于井外地面上的计算机。
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