一种采煤调速系统及调速方法与流程

1.本发明涉及煤量控制技术领域，特别是涉及一种采煤调速系统及调速方法。


背景技术：

2.早期设计的矿井，其主运皮带由于前期主巷道设计宽度等原因难以进行升级改造，在部分矿井更有采煤皮带带宽宽于主运皮带带宽的现象。同时煤矿由于产能提升，多个采面会同时满负荷生产，导致主运皮带无法满足运力需求，造成主运皮带撒煤、堆积、甚至压带等事故频发。
3.针对此类矿井特点，煤矿企业多采用人手盯防的方式处理，安排特定的人员观察主运皮带运输状态及所有采面出煤状态，电话通知相应的采面工人控制采煤机运行速度，从而减少采面出煤量，防止主运皮带发生事故。但由于采用人工方式无法保证长时间工作的有效性、可靠性及实时性，撒煤、堆积甚至压带等事故依然会频繁发生，严重影响日常生产，造成企业巨大损失。
4.基于此，亟需一种能够自动监测煤流量变化并自动调速的调速系统及调速方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种采煤调速系统及调速方法，代替人工方式实时自动监测煤流量变化并自动调速，使主运皮带满负荷运行，同时避免主运皮带发生撒煤、堆煤及压带等事故。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.第一方面，本发明提供一种采煤调速系统，所述调速系统包括控制模块、运输皮带及深度摄像机；所述控制模块与所述深度摄像机通信连接；
8.所述深度摄像机与所述运输皮带一一对应；所述深度摄像机安装于所述运输皮带上方，所述深度摄像机用于对所述运输皮带进行拍摄，得到所述运输皮带对应的煤量视频数据；
9.所述运输皮带包括主运皮带及至少一个采煤皮带；所述主运皮带与所述采煤皮带相搭接；所述采煤皮带用于将其所对应采煤机所采的煤运输至所述主运皮带；
10.所述控制模块用于根据所述运输皮带对应的煤量视频数据计算每一所述运输皮带的实时煤流量，并根据所述实时煤流量对所有所述采煤皮带和每一所述采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，使所述主运皮带满负荷运行。
11.第二方面，本发明提供一种采煤调速方法，所述调速方法包括：
12.接收深度摄像机所得到的每一运输皮带对应的煤量视频数据；所述运输皮带包括主运皮带及至少一个采煤皮带；
13.根据所述运输皮带对应的煤量视频数据计算每一所述运输皮带的实时煤流量；
14.根据所述实时煤流量对所有所述采煤皮带和每一所述采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，使所述主运皮带满负荷运行。
15.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
16.本发明用于提供一种采煤调速系统及调速方法，包括控制模块、运输皮带及深度摄像机。深度摄像机与运输皮带一一对应，深度摄像机安装于运输皮带上方，用于对运输皮带进行拍摄，得到运输皮带对应的煤量视频数据。控制模块用于根据运输皮带对应的煤量视频数据计算每一运输皮带的实时煤流量，并根据实时煤流量对所有采煤皮带和每一采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，使主运皮带满负荷运行，进而能够对所有运输皮带的实时煤流量进行自动监测，并依据所有运输皮带的实时煤流量对采煤皮带以及采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，即控制采煤机增加或减少采煤量，控制采煤皮带运行速度加快或减慢，既能够避免发生撒煤、堆煤及压带等事故，保证主运皮带安全运行，又能使主运皮带满负荷运行，在保证安全的前提下最大化采煤效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例1所提供的调速系统的系统框图；
19.图2为本发明实施例2所提供的调速方法的方法流程图；
20.图3为本发明实施例2所提供的调速方法的原理图；
21.图4为本发明实施例2所提供的实时煤流量计算方法的方法流程图；
22.图5为本发明实施例2所提供的径向截面面积的计算原理图；
23.图6为本发明实施例2所提供的空载面积的计算示意图；
24.图7为本发明实施例2所提供的运煤面积的计算示意图；
25.图8为本发明实施例2所提供的速度调节方法的方法流程图。
26.符号说明：
27.1-深度摄像机；2-控制模块；21-节点控制器；22-主控制器。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种采煤调速系统及调速方法，代替人工方式实时自动监测煤流量变化并自动进行调速，使主运皮带满负荷运行，同时避免主运皮带发生撒煤、堆煤及压带等事故。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.实施例1：
32.本实施例用于提供一种采煤调速系统，该调速系统应用于井下煤矿的采煤运输装
置中，采煤运输装置包括采煤机和运输皮带，运输皮带包括主运皮带及至少一个采煤皮带，主运皮带与采煤皮带相搭接，采煤皮带与采煤机相对应，采煤皮带用于将其所对应采煤机所采的煤运输至主运皮带。该采煤运输装置在工作过程中，由于主运皮带受限于一定的承载能力，若所有采煤皮带同时满负荷生产，则会造成主运皮带的承载量超过自身的承载能力，造成主运皮带撒煤、堆积、甚至压带等事故。
33.为了实现运输皮带的自动煤流量监测并自动调速，以在主运皮带不发生事故的前提下实现主运皮带的满负荷运行，本实施例用于提供一种采煤调速系统，以应用到上述采煤运输装置中，如图1所示，调速系统包括控制模块2、运输皮带及深度摄像机1，控制模块2与深度摄像机1通信连接，二者可为无线通信连接，也可为有线通信连接。深度摄像机1与运输皮带一一对应，深度摄像机1安装于运输皮带上方，其可为位于防护罩内部。深度摄像机1用于对运输皮带进行拍摄，得到运输皮带对应的煤量视频数据。具体的，深度摄像机1可为三维摄像仪，能够获取深度摄像机1到所拍摄物体的距离信息，相较于传统的二维平面摄像仪，三维摄像仪多了一个深度数据。
34.控制模块2用于根据运输皮带对应的煤量视频数据计算每一运输皮带的实时煤流量，并根据实时煤流量对所有采煤皮带和每一采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，使主运皮带满负荷运行。控制模块2与各采面机器控制系统及皮带控制系统对接，在对采煤皮带进行速度调节时，可通过与皮带控制系统通信，利用皮带控制系统对采煤皮带的速度进行调节，在对采煤机进行速度调节时，可通过与机器控制系统通信，利用机器控制系统对采煤机的速度进行调节。
35.本实施例所提供的调速系统基于深度摄像机1采集的视频数据进行速度调节，属于三维视频监测相关技术在特定场景下的应用创新。基于深度摄像机1所拍摄视频对所有运输皮带的实时煤流量进行自动监测，采用非接触式监测方式，减少了监测误差，并依据所有运输皮带的实时煤流量对采煤皮带以及采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，即控制采煤机增加或减少采煤量，控制采煤皮带运行速度加快或减慢，既能够避免发生撒煤、堆煤及压带等事故，保证主运皮带安全运行，又能使主运皮带满负荷运行，从而在保证安全的前提下最大化采煤效率。
36.作为一种可选的实施方式，控制模块2包括节点控制器21和主控制器22，节点控制器21分别与深度摄像机1和主控制器22通信连接。节点控制器21用于根据运输皮带对应的煤量视频数据计算每一运输皮带的实时煤流量，主控制器22用于根据实时煤流量计算每一采煤皮带对应的煤流量控制阈值范围。节点控制器21还用于根据煤流量控制阈值范围对所有采煤皮带和每一采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，使主运皮带满负荷运行。
37.进一步的，节点控制器21包括煤流量计算单元和plc控制单元，煤流量计算单元分别与深度摄像机1、plc控制单元和主控制器22通信连接，plc控制单元与主控制器22通信连接。煤流量计算单元用于根据运输皮带对应的煤量视频数据，基于煤流量计算嵌入式算法计算每一运输皮带的实时煤流量，并将每一运输皮带的实时煤流量传输至主控制器22和plc控制单元。主控制器22用于根据每一运输皮带的实时煤流量，基于预测算法和控制规则算法，以系统运行最优为目标，计算每一采煤皮带对应的煤流量控制阈值范围。plc控制单元用于根据每一采煤皮带的实时煤流量和煤流量控制阈值范围对所有采煤皮带和每一采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，使主运皮带满负荷运行。
38.本实施例的控制模块2、运输皮带和深度摄像机1均位于井下，软件算法均基于嵌入式操作系统硬件设计，并置于控制模块2中，控制模块2位于井下，进而所有运算都在井下现场计算完成，并在计算完成后直接在井下完成相关的控制，无需将视频数据上传到井上，在井上计算完成后再将控制信号传送回井下进行控制，摆脱了对矿主环网的依赖，系统可靠性和稳定性高。
39.本实施例的调速系统还可包括上位机系统，上位机系统用于接收控制过程中所产生数据，比如每一运输皮带对应的煤量视频数据、实时煤流量等。上位机系统采用b/s架构，系统查看数据摆脱了对调度室或者集控室等指定场所及pc设备的依赖。
40.实施例2：
41.本实施例用于提供一种采煤调速方法，控制实施例1中图1所述的调速系统进行工作，如图2和图3所示，调速方法包括：
42.s1：接收深度摄像机所得到的每一运输皮带对应的煤量视频数据；所述运输皮带包括主运皮带及至少一个采煤皮带；
43.本实施例所用的深度摄像机1所获取的是煤量的三维视频数据，其相较于传统的二维平面摄像仪能够多获得一个深度数据，即能够多获得从深度摄像机1到其所拍摄物体之间的距离数据。为实现这一功能，本实施例的深度摄像机1采用双目相机成像模型，基于双目成像原理在拍摄视频的同时获取深度数据。
44.本实施例采用三维智能视频分析技术，在运输皮带适当位置设置检测区域，当皮带上的煤通过检测区域时，深度摄像机1能够获取运输皮带的煤量视频数据，实时监测运输皮带的实时煤流量。
45.s2：根据所述运输皮带对应的煤量视频数据计算每一所述运输皮带的实时煤流量；
46.如图4所示，则s2可以包括：
47.s21：对于每一所述运输皮带，根据所述煤量视频数据计算得到单位时间内所述运输皮带对应的多个煤量径向截面积；
48.具体的，先根据煤量视频数据确定单位时间内运输皮带对应的多张径向截面图像数据，即相当于将单位时间内运输皮带的煤量视频数据按照时间分割为多张径向截面图像数据，一张径向截面图像数据对应一个时刻。然后根据径向截面图像数据计算单位时间内运输皮带对应的多个煤量径向截面积，每一径向截面图像数据对应计算得到一个煤量径向截面积。径向截面即为由运输皮带的宽度和高度组成的平面。
49.根据径向截面图像数据计算单位时间内运输皮带对应的多个煤量径向截面积可以包括：对于每一径向截面图像数据，根据深度摄像机1到运输皮带上煤的距离信息和运输皮带的宽度计算运煤面积，再以运煤面积和空载面积的差值作为径向截面图像数据对应的煤量径向截面积，得到单位时间内运输皮带对应的多个煤量径向截面积，空载面积根据空载时深度摄像机1到运输皮带的距离信息和运输皮带的宽度计算得到。
50.如图5所示，其为径向截面面积的计算原理图，依据该计算原理计算空载面积和运煤面积。图5的横向为运输皮带的宽度方向，纵向为运输皮带的高度方向，运煤区域开始像素点即为运输皮带的左边缘点，运煤区域结束像素点即为运输皮带的右边缘点，左边缘点到右边缘点之间共有n个像素点，n由运输皮带的宽度所决定。将第n个像素点和第n 1个像
素点之间形成的多边形近似成矩形，用第n个像素点和第n 1个像素点的高度值(即深度摄像机1得到的深度值)的平均值作为矩形的长，第n个像素点和第n 1个像素点之间的真实距离作为两者之间的宽，从而获得最小积分矩形的面积，对最小积分矩形进行累加，即可得到径向截面面积。
51.在计算空载面积时，如图6所示，使运输皮带处于空载状态，根据空载时深度摄像机1到运输皮带的距离信息和运输皮带的宽度计算得到空载面积s
空
，空载面积即为图6所示的虚线区域的面积，其基于上述计算原理进行计算即可得到。在计算运煤面积时，如图7所示，当皮带上有煤时，也基于上述计算原理计算虚线区域的面积即可。
[0052][0053]
式(1)中，s
t
为t时刻(即径向截面图像数据对应的时刻)的运煤面积；n＝0，1，2...，n-1；h
n 1
为第n 1个像素点到深度摄像机1的距离；hn为第n个像素点到深度摄像机1的距离；l为第n 1个像素点和第n个像素点之间的距离。
[0054]
根据空载面积以及运煤面积，两者做差即为煤量径向截面积。
[0055]
δs
t
＝s
空-s
t
；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0056]
式(2)中，δs
t
为t时刻的煤量径向截面积。
[0057]
s22：根据多个所述煤量径向截面积和所述运输皮带的运行速度计算所述运输皮带的实时煤流量。
[0058][0059]
式(3)中，t∈{t，t 1}，{t，t 1}即为单位时间，t属于单位时间内的任一时刻，t时刻对应一张径向截面图像数据，对单位时间内所有的煤量径向截面积进行积分，即可得到单位时间的实时煤流量v；v为运输皮带的运行速度；f1为深度摄像机1的采样频率。
[0060]
进而利用s2，根据各个运输皮带的煤量视频数据、宽度和运行速度计算每一运输皮带对应的实时煤流量。s2的计算过程由实施例1中的节点控制器21中的煤流量计算单元完成，进而以单位时间内的煤量体积数据对皮带的运载量进行量化分析，量化了皮带实时煤流量。
[0061]
s3：根据所述实时煤流量对所有所述采煤皮带和每一所述采煤皮带对应的采煤机进行速度调节，使所述主运皮带满负荷运行。
[0062]
如图8所示，s3可以包括：
[0063]
s31：根据所述实时煤流量对所述主运皮带下一时刻的煤流量进行预测，得到预测煤流量；
[0064]
先利用所有采煤皮带和主运皮带的历史煤流量数据，构建主运皮带煤流量的预测模型。以所有运输皮带(即主运皮带和采煤皮带)的实时煤流量作为预测模型的输入，得到主运皮带下一时刻的预测煤流量。主运皮带煤流量的检测值可用于与主运皮带的预测煤流量进行对比，根据对比结果对预测模型进行更新，以提高预测主运皮带煤流量的准确性。
[0065]
s32：根据所述预测煤流量、所述主运皮带对应的预设煤流量阈值以及所有所述运输皮带的运行速度，得到每一所述采煤皮带对应的煤流量控制阈值范围；
[0066]
预设煤流量阈值即为主运皮带的最大可承载量，煤流量控制阈值范围可表示为[v1，v2]。
[0067]
s33：对于每一所述采煤皮带，根据所述采煤皮带的实时煤流量和所述煤流量控制阈值范围对所述采煤皮带和所述采煤皮带对应的采煤机进行速度调节。
[0068]
s33可以包括：
[0069]
1)判断实时煤流量是否处于煤流量控制阈值范围内，即判断实时煤流量是否处于[v1，v2]中，得到第一判断结果。
[0070]
2)若第一判断结果为是，即实时煤流量处于[v1，v2]，则控制采煤皮带以第一预设速度运转，控制采煤皮带对应的采煤机以第二预设速度运转。
[0071]
3)若第一判断结果为否，即实时煤流量不处于[v1，v2]，则判断实时煤流量是否大于或等于煤流量控制阈值范围的最大值；
[0072]
4)若是，即实时煤流量大于或等于v2，则控制采煤皮带以第三预设速度运转，控制采煤皮带对应的采煤机以第四预设速度运转。第三预设速度小于第一预设速度，第四预设速度小于第二预设速度；
[0073]
5)若否，即实时煤流量小于或等于v1，则控制采煤皮带以第五预设速度运转，控制采煤皮带对应的采煤机以第六预设速度运转。第五预设速度大于第一预设速度，第六预设速度大于第二预设速度。
[0074]
即若实时煤流量大于或等于v2，此时可输出plc控制信号为：1、1，使采煤皮带和采煤机低速运转；若实时煤流量大于v1小于v2，此时可输出plc控制信号为：2、2，使采煤皮带和采煤机中速运转；若实时煤流量小于或等于v1，此时输出plc控制信号为：3、3，使采煤皮带和采煤机高速运转。
[0075]
作为一种可选的实施方式，在实时煤流量大于或等于煤流量控制阈值范围的最大值时，若实时煤流量与煤流量控制阈值范围的最大值的差值大于预设值，则第三预设速度和第四预设速度均为0，即若实时煤流量与v2的差值大于预设值，此时可输出plc控制信号为：0、0，使采煤皮带和采煤机停机。
[0076]
上述速度调节过程由实施例中plc计算单元发出的plc控制信号实现，plc控制信号与各采面机器控制系统及皮带控制系统对接，控制各采面采煤机运行速度(进行停机或者减少煤量的控制)，控制沿线各采煤皮带自动调节对应速度或者停机，实现各采面相互协同工作，解决实际生产过程因为煤量过大而引发的主运皮带的生产安全事故隐患。
[0077]
本实施例通过采用三维智能视频方式监测各运输皮带运量，对主运皮带未来运量进行预测，从而修正各采面采煤机和采煤皮带的运行速度，防止造成主运皮带堆煤、撒煤及压带事故发生，使主运皮带安全运行。
[0078]
本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0079]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。