CN115504187B - 一种矿用皮带智能调速和保护系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用皮带智能调速和保护系统，包括皮带图像采集模块，用于实时采集皮带俯视图像；皮带音频采集模块，用于实时采集皮带附近的音频信号；图像处理模块，用于对皮带的俯视图像进行处理，将处理结果发送至控制模块；音频处理模块，用于对皮带的音频信号进行处理，将处理结果发送至控制模块；控制模块，用于对图像处理结果和音频处理结果进行分析。本发明能够改进现有技术的不足，提高了矿用皮带异常和故障的检测准确度和及时性。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿皮带控制系统领域，尤其是一种矿用皮带智能调速和保护系统及控制方法。
背景技术
随着矿井大型化、机械化和自动化水平的不断提高，皮带运输机已成为高产高效矿井运煤的主要运输设备。在皮带运输机的连续生产中，常会出现打滑、撕裂、跑偏、堆煤等现象。一旦故障扩大化，必然产生较大损失，影响正常生产。为了提高皮带输送机运行的可靠性，目前已采用多种装置对皮带运输机进行保护，例如激光扫描仪、电子秤、双目摄像机等，但系统的智能化程度不够、检测的手段局限导致部分故障不能及时发现和处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种矿用皮带智能调速和保护系统及控制方法，能够解决现有技术的不足，提高了矿用皮带异常和故障的检测准确度和及时性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种矿用皮带智能调速和保护系统，包括，
皮带图像采集模块，用于实时采集皮带俯视图像；
皮带音频采集模块，用于实时采集皮带附近的音频信号；
图像处理模块，用于对皮带的俯视图像进行处理，将处理结果发送至控制模块；
音频处理模块，用于对皮带的音频信号进行处理，将处理结果发送至控制模块；
控制模块，用于对图像处理结果和音频处理结果进行分析；当分析得到皮带跑偏时，通过改变不同皮带电机的转速，进行皮带自动纠偏；当分析得到皮带上存在异物时，停止皮带电机的运行，进行停机检查；当分析得到皮带上传输煤量发生变化时，根据传输煤量的变化调整皮带电机的转速；当分析得到皮带附件异常磨损时，停止皮带电机的运行，进行停机检查。
一种上述的矿用皮带智能调速和保护系统的控制方法，包括以下步骤：
A、皮带图像采集模块实时采集皮带俯视图像，皮带音频采集模块实时采集皮带附近的音频信号；
B、图像处理模块对皮带的俯视图像进行处理，将处理结果发送至控制模块；
C、音频处理模块对皮带的音频信号进行处理，将处理结果发送至控制模块；
D、控制模块对图像处理结果和音频处理结果进行分析；当分析得到皮带跑偏时，通过改变不同皮带电机的转速，进行皮带自动纠偏；当分析得到皮带上存在异物时，停止皮带电机的运行，进行停机检查；当分析得到皮带上传输煤量发生变化时，根据传输煤量的变化调整皮带电机的转速；当分析得到皮带附件异常磨损时，停止皮带电机的运行，进行停机检查。
作为优选，步骤B中，图像处理模块对皮带的俯视图像进行处理包括以下步骤。
B1、设定灰度偏差阈值，在俯视图像中标出灰度变化超过灰度偏差阈值的区域；
B2、使用步骤B1标记的区域为边界划定出面积最大的闭合图像区域，然后以标准图像中皮带的长宽比为标准，对闭合图像区域进行矩形拟合，得到俯视图像中的皮带位置图像信息；
B3、遍历闭合图像区域内部的标记区域，对标记区域进行分组，对每组标记区域进行特征提取，然后根据每组提取的特征识别异物或传输煤量。
作为优选，步骤B3中，计算每个标记区域的平均灰度值和每两个标记区域之间的最小距离，然后对标记区域进行分组，分组后每组标记区域满足以下条件，
分组数量最小，且，
每组标记区域的平均灰度值方差小于设定阈值，且，
每组标记区域中任意两个标记区域之间的最小距离小于设定阈值。
作为优选，步骤B3中，提取每个标记区域的灰度变化梯度向量，将全部的灰度变化梯度向量进行加权求和，得到所述标记区域的特征向量，灰度变化梯度向量的权重值与灰度变化梯度向量的模成正比；使用每组标记区域全部的特征向量进行本组标记区域范围的拟合和本组标记区域灰度的拟合。
作为优选，步骤C中，音频处理模块对皮带的音频信号进行处理包括以下步骤，
C1、对皮带的音频信号进行傅里叶分解；
C2、提取预设频段的信号强度和信号占空比。。
作为优选，步骤D中，
皮带跑偏的判定标准为，皮带位置图像信息对于标准图像的偏移率超过设定阈值；
皮带上存在异物的判定标准为，至少存在一组标记区域范围与异物标准外形相似度超过设定阈值且上述标记区域灰度与异物标准灰度偏差小于设定阈值；
皮带上传输煤量的计算方法为，删除被判定为异物的标记区域组别，然后计算剩余组别的标记区域范围面积总和，计算标记区域范围面积总和与当前皮带位置图像面积的比值，皮带额定传输煤量与上述比值的乘积为当前皮带上传输煤量；
皮带附件异常磨损的判定标准为，皮带处于未跑偏状态，当预设频段的信号强度大于预设阈值且信号占空比大于预设阈值。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明使用图像和音频对皮带的运行状态进行检测。为了在控制计算耗时的前提下提高异常检测的准确度，本发明提供了一种图像的处理方法，使用灰度偏差标记图像区域，然后根据标记区域生成皮带位置图像信息和区域特征，使用皮带位置图像信息和区域特征对皮带跑偏、异物和皮带上传输煤量进行快速识别监控，然后配合识别出的皮带状态通过特定频段的信号状态对皮带附件异常磨损进行判定。整个过程计算量少，判定结果准确率高。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的原理图。
具体实施方式
参照图1，本发明一个具体实施方式包括，
皮带图像采集模块1，用于实时采集皮带俯视图像；
皮带音频采集模块2，用于实时采集皮带附近的音频信号；
图像处理模块3，用于对皮带的俯视图像进行处理，将处理结果发送至控制模块5；
音频处理模块4，用于对皮带的音频信号进行处理，将处理结果发送至控制模块5；
控制模块5，用于对图像处理结果和音频处理结果进行分析；当分析得到皮带跑偏时，通过改变不同皮带电机6的转速，进行皮带自动纠偏；当分析得到皮带上存在异物时，停止皮带电机6的运行，进行停机检查；当分析得到皮带上传输煤量发生变化时，根据传输煤量的变化调整皮带电机6的转速；当分析得到皮带附件异常磨损时，停止皮带电机6的运行，进行停机检查。
一种上述的矿用皮带智能调速和保护系统的控制方法，包括以下步骤：
A、皮带图像采集模块1实时采集皮带俯视图像，皮带音频采集模块2实时采集皮带附近的音频信号；
B、图像处理模块3对皮带的俯视图像进行处理，将处理结果发送至控制模块5；
C、音频处理模块4对皮带的音频信号进行处理，将处理结果发送至控制模块5；
D、控制模块5对图像处理结果和音频处理结果进行分析；当分析得到皮带跑偏时，通过改变不同皮带电机6的转速，进行皮带自动纠偏；当分析得到皮带上存在异物时，停止皮带电机6的运行，进行停机检查；当分析得到皮带上传输煤量发生变化时，根据传输煤量的变化调整皮带电机6的转速；当分析得到皮带附件异常磨损时，停止皮带电机6的运行，进行停机检查。
步骤B中，图像处理模块3对皮带的俯视图像进行处理包括以下步骤。
B1、设定灰度偏差阈值，在俯视图像中标出灰度变化超过灰度偏差阈值的区域；
B2、使用步骤B1标记的区域为边界划定出面积最大的闭合图像区域，然后以标准图像中皮带的长宽比为标准，对闭合图像区域进行矩形拟合，得到俯视图像中的皮带位置图像信息；
B3、遍历闭合图像区域内部的标记区域，对标记区域进行分组，对每组标记区域进行特征提取，然后根据每组提取的特征识别异物或传输煤量。
步骤B3中，计算每个标记区域的平均灰度值和每两个标记区域之间的最小距离，然后对标记区域进行分组，分组后每组标记区域满足以下条件，
分组数量最小，且，
每组标记区域的平均灰度值方差小于设定阈值，且，
每组标记区域中任意两个标记区域之间的最小距离小于设定阈值。
步骤B3中，提取每个标记区域的灰度变化梯度向量，将全部的灰度变化梯度向量进行加权求和，得到所述标记区域的特征向量，灰度变化梯度向量的权重值与灰度变化梯度向量的模成正比；使用每组标记区域全部的特征向量进行本组标记区域范围的拟合和本组标记区域灰度的拟合。
步骤C中，音频处理模块4对皮带的音频信号进行处理包括以下步骤，
C1、对皮带的音频信号进行傅里叶分解；
C2、提取预设频段的信号强度和信号占空比。
步骤D中，
皮带跑偏的判定标准为，皮带位置图像信息对于标准图像的偏移率超过设定阈值；
皮带上存在异物的判定标准为，至少存在一组标记区域范围与异物标准外形相似度超过设定阈值且上述标记区域灰度与异物标准灰度偏差小于设定阈值；
皮带上传输煤量的计算方法为，删除被判定为异物的标记区域组别，然后计算剩余组别的标记区域范围面积总和，计算标记区域范围面积总和与当前皮带位置图像面积的比值，皮带额定传输煤量与上述比值的乘积为当前皮带上传输煤量；
皮带附件异常磨损的判定标准为，皮带处于未跑偏状态，且预设频段的信号强度大于预设阈值且信号占空比大于预设阈值。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，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。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种矿用皮带智能调速和保护系统，其特征在于：包括，
皮带图像采集模块（1），用于实时采集皮带俯视图像；
皮带音频采集模块（2），用于实时采集皮带附近的音频信号；
图像处理模块（3），用于对皮带的俯视图像进行处理，将处理结果发送至控制模块（5）；
音频处理模块（4），用于对皮带的音频信号进行处理，将处理结果发送至控制模块（5）；
控制模块（5），用于对图像处理结果和音频处理结果进行分析；当分析得到皮带跑偏时，通过改变不同皮带电机（6）的转速，进行皮带自动纠偏；当分析得到皮带上存在异物时，停止皮带电机（6）的运行，进行停机检查；当分析得到皮带上传输煤量发生变化时，根据传输煤量的变化调整皮带电机（6）的转速；当分析得到皮带附件异常磨损时，停止皮带电机（6）的运行，进行停机检查；
皮带跑偏的判定标准为，皮带位置图像信息对于标准图像的偏移率超过设定阈值；
皮带上存在异物的判定标准为，至少存在一组标记区域范围与异物标准外形相似度超过设定阈值且上述标记区域灰度与异物标准灰度偏差小于设定阈值；
皮带上传输煤量的计算方法为，删除被判定为异物的标记区域组别，然后计算剩余组别的标记区域范围面积总和，计算标记区域范围面积总和与当前皮带位置图像面积的比值，皮带额定传输煤量与上述比值的乘积为当前皮带上传输煤量；
皮带附件异常磨损的判定标准为，皮带处于未跑偏状态，且预设频段的信号强度大于预设阈值且信号占空比大于预设阈值。
2.一种权利要求1所述的矿用皮带智能调速和保护系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A、皮带图像采集模块（1）实时采集皮带俯视图像，皮带音频采集模块（2）实时采集皮带附近的音频信号；
B、图像处理模块（3）对皮带的俯视图像进行处理，将处理结果发送至控制模块（5）；
C、音频处理模块（4）对皮带的音频信号进行处理，将处理结果发送至控制模块（5）；
D、控制模块（5）对图像处理结果和音频处理结果进行分析；当分析得到皮带跑偏时，通过改变不同皮带电机（6）的转速，进行皮带自动纠偏；当分析得到皮带上存在异物时，停止皮带电机（6）的运行，进行停机检查；当分析得到皮带上传输煤量发生变化时，根据传输煤量的变化调整皮带电机（6）的转速；当分析得到皮带附件异常磨损时，停止皮带电机（6）的运行，进行停机检查。
3.根据权利要求2所述的矿用皮带智能调速和保护系统的控制方法，其特征在于：步骤B中，图像处理模块（3）对皮带的俯视图像进行处理包括以下步骤，
B1、设定灰度偏差阈值，在俯视图像中标出灰度变化超过灰度偏差阈值的区域；
B2、使用步骤B1标记的区域为边界划定出面积最大的闭合图像区域，然后以标准图像中皮带的长宽比为标准，对闭合图像区域进行矩形拟合，得到俯视图像中的皮带位置图像信息；
B3、遍历闭合图像区域内部的标记区域，对标记区域进行分组，对每组标记区域进行特征提取，然后根据每组提取的特征识别异物或传输煤量。
4.根据权利要求3所述的矿用皮带智能调速和保护系统的控制方法，其特征在于：步骤B3中，计算每个标记区域的平均灰度值和每两个标记区域之间的最小距离，然后对标记区域进行分组，分组后每组标记区域满足以下条件，
分组数量最小，且，
每组标记区域的平均灰度值方差小于设定阈值，且，
每组标记区域中任意两个标记区域之间的最小距离小于设定阈值。
5.根据权利要求4所述的矿用皮带智能调速和保护系统的控制方法，其特征在于：步骤B3中，提取每个标记区域的灰度变化梯度向量，将全部的灰度变化梯度向量进行加权求和，得到所述标记区域的特征向量，灰度变化梯度向量的权重值与灰度变化梯度向量的模成正比；使用每组标记区域全部的特征向量进行本组标记区域范围的拟合和本组标记区域灰度的拟合。
6.根据权利要求5所述的矿用皮带智能调速和保护系统的控制方法，其特征在于：步骤C中，音频处理模块（4）对皮带的音频信号进行处理包括以下步骤，
C1、对皮带的音频信号进行傅里叶分解；
C2、提取预设频段的信号强度和信号占空比。
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Pei Wenliang Inventor after: Li Junwei Inventor after: Zheng Zidong Inventor after: Ma Xingang Inventor after: Guo Yongtao Inventor after: Zhang Xuhua Inventor after: Zhang Caijiang Inventor after: Feng Jinman Inventor before: Pei Wenliang Inventor before: Li Junwei Inventor before: Zheng Zidong Inventor before: Ma Xingang Inventor before: Zhang Caijiang Inventor before: Feng Jinman |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |