鞏衛(wèi)國(guó)

（霍州煤電薛虎溝煤業(yè)公司）

隨著煤炭產(chǎn)量的不斷提高，煤炭生產(chǎn)企業(yè)對(duì)煤炭的運(yùn)輸效率和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求，作為煤礦上煤炭運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備，帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，直接決定了企業(yè)的煤炭運(yùn)輸成本和利潤(rùn)由于煤炭開采過程中的不均衡性，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)放置到帶式輸送機(jī)上的煤炭量存在著較大差異，使輸送機(jī)系統(tǒng)常常處于不均衡運(yùn)載的狀態(tài)，不僅極易導(dǎo)致帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中的跑帶、撒料現(xiàn)象，而且也使各驅(qū)動(dòng)電機(jī)的載荷分布不均，嚴(yán)重影響輸送機(jī)運(yùn)行過程中的安全性和電機(jī)的使用壽命［1］。目前所采用的依靠張力對(duì)輸送機(jī)的煤量進(jìn)行判斷的方法在實(shí)際應(yīng)用過程中極易受到動(dòng)張力的影響，使系統(tǒng)無法準(zhǔn)確判斷輸送帶上的煤量，造成調(diào)節(jié)失效，因此，在深入分析的基礎(chǔ)上提出了一種基于圖像分割的帶式輸送機(jī)運(yùn)量監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸送帶上煤炭分布情況的精確監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，合理調(diào)整輸送帶的運(yùn)行速度和不同時(shí)間內(nèi)的裝煤量。實(shí)際應(yīng)用表明，該方案極大地提升了輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和單位時(shí)間內(nèi)的運(yùn)量，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 圖像分割法技術(shù)原理

圖像分割就是把圖像分成若干個(gè)特定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過程，采用模糊集理論［2］對(duì)所提取到的數(shù)據(jù)圖像進(jìn)行輪廓分割和識(shí)別，具有圖像識(shí)別率高、識(shí)別速度快、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。本研究所提出的基于圖像分割的帶式輸送機(jī)運(yùn)量監(jiān)控系統(tǒng)的圖像抓取和識(shí)別流程如圖1所示［3］。

由圖1可知，在該煤量識(shí)別系統(tǒng)中，首先使用工業(yè)攝像機(jī)對(duì)定點(diǎn)的輸送帶上的煤炭堆積狀態(tài)進(jìn)行拍照，通過模糊C均值聚類圖像增強(qiáng)和模糊邊緣檢測(cè)技術(shù)［4-5］，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶上煤料邊界條件的確定，然后通過圖像分割方法對(duì)不同塊度大小的煤炭進(jìn)行分割抓取，再采用立體匹配的方案進(jìn)行二次煤料的圖像分割抓取，獲取輸送帶上煤料的三維數(shù)據(jù)信息，通過控制中心的方案，對(duì)煤料的初始體積進(jìn)行計(jì)算和動(dòng)態(tài)修正，最終獲取所拍攝圖片上煤量的質(zhì)量數(shù)據(jù)。通過對(duì)監(jiān)控點(diǎn)位輸送帶上的煤料連續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，即可獲取輸送帶上煤料的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

2 圖像分割法煤量識(shí)別效果分析

為了對(duì)該方案下連續(xù)運(yùn)行輸送機(jī)的煤炭輸送量監(jiān)測(cè)效果進(jìn)行分析，本研究以帶式輸送機(jī)系統(tǒng)為分析對(duì)像，輸送機(jī)以正常運(yùn)行的帶速3.15 m/s進(jìn)行物料輸送作業(yè)，在一定時(shí)間內(nèi)分別采用膠帶秤、張力物料質(zhì)量判定以及基于圖像分割的帶式輸送機(jī)運(yùn)量監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)輸送帶上的物料進(jìn)行判斷，其中膠帶稱所測(cè)數(shù)值最為精確，但由于無法對(duì)輸送帶動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中的物料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，因此實(shí)際生產(chǎn)中無法應(yīng)用，只能用于試驗(yàn)測(cè)定。3種檢測(cè)方案的檢測(cè)結(jié)果如圖2所示，圖2中橫坐標(biāo)表示10組采樣結(jié)果，縱坐標(biāo)表示物料質(zhì)量。

由實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，當(dāng)采用基于圖像分割的帶式輸送機(jī)運(yùn)量監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)輸送帶輸送過程中的物料質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，其監(jiān)測(cè)結(jié)果和用膠帶稱所測(cè)得的煤炭運(yùn)量基本一致，最大偏差僅為2.3%，而采用張力檢測(cè)時(shí)，其偏差巨大，最大偏差量達(dá)到了49.8%。由此可知，采用基于圖像分割的帶式輸送機(jī)運(yùn)量監(jiān)控系統(tǒng)能夠極大地提升對(duì)輸送機(jī)運(yùn)量的檢測(cè)精度，可靠性好。

3 圖像分隔法對(duì)輸送機(jī)運(yùn)量的影響分析

在基于圖像分割的帶式輸送機(jī)運(yùn)量監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠根據(jù)所識(shí)別的帶式輸送機(jī)上煤炭的運(yùn)量，自動(dòng)調(diào)整上煤的速度和煤量，從而確保輸送機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中物料量的分布均勻性，有效避免了物料分布不均而導(dǎo)致的輸送帶跑偏、物料散料、各驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率分布不均的現(xiàn)象。根據(jù)對(duì)輸送機(jī)優(yōu)化前后的煤炭輸送量的對(duì)比可知，優(yōu)化前輸送帶單位長(zhǎng)度上物料質(zhì)量約為181.2 kg，優(yōu)化后輸送帶單位長(zhǎng)度上物料的質(zhì)量增加到207.6 kg，優(yōu)化后比優(yōu)化前的單元長(zhǎng)度運(yùn)量增加了12.7%，極大地提升了輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，有效地提升了帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的可靠性，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

4 結(jié)論

（1）圖像分割就是把圖像分成若干個(gè)特定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)和過程，首先工業(yè)攝像機(jī)對(duì)定點(diǎn)的輸送帶上的煤炭堆積狀態(tài)進(jìn)行拍照，然后用立體匹配的方案進(jìn)行二次煤料的圖像分割抓取，通過控制中心的方案計(jì)算對(duì)煤料的初始體積進(jìn)行計(jì)算，最終獲取精確的物料質(zhì)量。

（2）基于圖像分割的帶式輸送機(jī)運(yùn)量監(jiān)控系統(tǒng)其監(jiān)測(cè)結(jié)果和用膠帶稱所測(cè)得的結(jié)果基本一致，最大偏差僅為2.3%，能夠極大地提升對(duì)輸送機(jī)運(yùn)量的檢測(cè)效果，精度高，可靠性好。

（3）優(yōu)化后比優(yōu)化前的單元長(zhǎng)度運(yùn)量增加了12.7%，極大地提升了輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，有效地提升了帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的可靠性，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。