一种主煤流运输均衡控制方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及煤矿主煤流运输系统控制技术领域，尤其是指一种主煤流运输均衡控制方法、装置及计算机存储介质。


背景技术：

2.煤流均衡技术是一种针对煤矿井下煤流分配不均的问题所开发的技术。煤矿生产过程中，每个工作面进出口、刮板输送机等多个地点的煤流量都可能不同，这会导致煤的堆积和滞留，影响生产效率，并增加火灾、瓦斯等安全隐患。煤流均衡技术通过对煤流进行实时检测、计量和调度，实现了煤流的均衡运输，使得每个工序的煤流量基本相同，并且保证了煤在巷道中的流动速度和流向稳定。该技术的核心是基于井下传感器、plc控制系统和上位机监控系统的联合应用，通过对煤流数据的收集、分析和处理，结合变频技术实现对煤流的精准控制。
3.煤流均衡技术的应用可以提高煤矿生产效率，减少设备故障和维修停机时间，降低能源消耗和成本，同时也能够增强井下安全管理能力，为节约资源、保护环境做出了积极贡献。
4.主煤流运输系统涉及到采煤机、刮板运输机、转载机、带式输送机等设备，由于各个生产环节的煤量不可控加上煤量的时变性，会造成煤流量短时运输不均衡，如：短时间煤量过大造成堆煤故障、带式输送机过载，导致整个主煤流运输系统停机，或者由于煤量过少造成设备空载、轻载运行时间过长，导致能源浪费和设备利用率降低。拟解决煤流量运输不均衡，防止堆煤、过载故障发生，减少设备空载轻载时间。
5.现有技术缺乏煤量实时检测与煤流跟踪相结合的技术手段，无法给控制系统提供准确的数据基础；人工调节存在人力成本高、效率低、及时性差、控制精度不高等问题。部分煤矿采用变频驱动，但大都没有实现根据煤量进行调速，设备利用率低。


技术实现要素：

6.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中缺乏煤量实时检测与煤流跟踪相结合的技术手段，无法给控制系统提供准确的数据基础的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种主煤流运输均衡控制方法，包括：
8.获取结构光照射后带式输送机上预设煤流量检测位置处的表面图像；
9.根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量；
10.将带式输送机划分为若干区域，利用实时采集的煤流量对每个区域进行赋值，并根据带式输送机运行速度对煤流量进行跟踪；
11.根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令。
12.优选地，所述根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量包括：
13.根据图像采集时间间隔、所述煤的横截面积、实时带速和煤的密度实时计算预设
时长内的煤流量。
14.优选地，所述预设煤流量检测位置设置在距下一级带式输送机机尾位置预设距离处，所述预设距离根据当前带式输送机额定速度、下一级带式输送机变频器设定的加速时间、下一级带式输送机电机额定频率、制动安全距离和煤量检测距离计算得出。
15.优选地，所述对带式输送机发送调速指令包括：
16.当所述调速值与实际带速不同，且连续多次计算得到的调速值相同时，对带式输送机发送调速指令。
17.优选地，若所述调速指令为提速，则在煤流量增大节点还未到达下一级带式输送机时，提前第一响应时长对下一级带式输送机进行速度提升；
18.若所述调速指令为降速，则在煤流量减小节点到达本级带式输送机时，不对带速进行调整，延迟第二响应时长后，再对本级带式输送机进行降速。
19.优选地，所述根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令包括：
20.当检测或预测到煤流量不大于第一阈值，且在延迟第三响应时长后当前带式输送机上无煤流量超过所述第一阈值的煤量点时，发出低速模式指令；
21.当检测或预测到煤流量大于第一阈值且不大于第二阈值时，发出中速模式指令；
22.当检测或预测到煤流量大于第二阈值时，发出高速模式指令；
23.当检测或预测到煤流量大于第二阈值，且在延迟第四响应时长后当前带式输送机上无煤流量超过所述第二阈值的煤量点时，发出中速模式指令。
24.优选地，所述主煤流运输均衡控制方法还包括：
25.当跟踪煤流到达下个煤流量检测点，且下一个煤流量检测点没有煤时，发出堵煤报警，同时联动系统停机。
26.优选地，所述主煤流运输均衡控制方法还包括：
27.当检测或预测到带式输送机上煤流量超过额定值时，发出堆煤报警，同时联动采煤机减小开采量。
28.本发明还提供了一种主煤流运输均衡控制装置，包括：
29.图像采集模块，用于获取结构光照射后带式输送机上预设煤流量检测位置处的表面图像；
30.煤流量检测模块，用于根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量；
31.煤流量跟踪模块，用于将带式输送机划分为若干区域，利用实时采集的煤流量对每个区域进行赋值，并根据带式输送机运行速度对煤流量进行跟踪；
32.调速模块，用于根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令。
33.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种主煤流运输均衡控制方法的步骤。
34.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
35.本发明所述的主煤流运输均衡控制方法，利用结构光立体视觉方法，使用结构光
投射到物体表面，投影光条跟随物体表面形状的起伏而发生变化，拍摄输送带表面图像，从输送带表面形状所调制的条纹模式中，提取出物体的横截面积，然后经计算后得出当前输送带上的煤体积，实现对煤流量的实时检测,有效掌握整个主运输系统的实时煤流量，实现煤量均衡运输的目的，提高设备利用率，降低设备用电量和损耗。
附图说明
36.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
37.图1是主运输系统流程图；
38.图2是控制系统拓扑图；
39.图3是本发明所提供的一种主煤流运输均衡控制方法的实现流程图；
40.图4为煤流量监测装置系统图；
41.图5为煤流量监测装置安装位置示意图；
42.图6为调速流程图；
43.图7为主煤流运输系统示意图。
具体实施方式
44.本发明的核心是提供一种主煤流运输均衡控制方法、装置及计算机存储介质，有效掌握整个主运输系统的实时煤流量，实现煤量均衡运输的目的。
45.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
46.煤矿井下包括两个综采工作面，刮板运输机将采煤机的煤运输到转载机，转载机将煤运输到顺槽带式输送机，再经过主运大巷带式输送机和主斜井带式输送机将煤运输至地面，整个运输流程如图1所示。
47.煤流均衡控制系统拓扑图如图2所示，该拓扑结构采用主控制与分级控制相结合的方式，主斜井plc为主令控制plc，负责各个带式输送机和综采工作面的启停、调速和保护控制，各条带式输送机plc负责本级设备控制与保护，并将信息上传至主令plc和上位机。
48.(1)上位机监控系统
49.采用服务器和组态软件实现主运输系统的集中控制、工况显示。为了提高系统运行的稳定性，采用冗余机制来保证系统的不间断运行，双机互为热备。
50.(2)plc控制系统
51.负责与保护装置主机、变频器、传感器等进行信息交互、实现现场设备的控制和信息上传。
52.为保证数据通讯系统的稳定性，各个plc之间利用光纤通过井下环网进行通讯，上位机通过井下环网进行数据采集和指令下发。
53.(3)现场检测及执行设备
54.变频器，用于驱动带式输送机，实现带式输送机的速度调节；综合保护装置包括跑
偏保护、堆煤保护、速度保护、烟雾保护、温度保护、纵撕保护、急停闭锁保护等，用于异常情况的带式输送机保护功能。
55.请参考图3，图3为本发明所提供的一种主煤流运输均衡控制方法的实现流程图；具体操作步骤如下：
56.s101:获取结构光照射后带式输送机上预设煤流量检测位置处的表面图像；
57.s102:根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量；
58.s103:将带式输送机划分为若干区域，利用实时采集的煤流量对每个区域进行赋值，并根据带式输送机运行速度对煤流量进行跟踪；
59.s104:根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令。
60.基于以上实施例，本实施例对步骤s101和s102进行详细说明：
61.设置煤流量监测装置，检测带式输送机上的实时煤量信息：
62.煤流量监测装置采用立体视觉技术，利用双目摄像仪加激光光源的组合方式，利用结构光立体视觉方法，使用标准的光栅条纹结构光投射到物体表面，投影光条跟随物体表面形状的起伏而发生变化，摄像仪拍摄输送带表面图像，从输送带表面形状所调制的条纹模式中，提取出物体的三维体积，然后经软件处理运算后得出当前输送带上的煤体积，实现对煤流量的实时检测，装置系统图如图4所示。
63.在带式输送机运行过程中，煤流是连续不断通过检测位置的，对通过检测位置煤的截面进行积分可以计算煤的体积，可以通过煤密度进而求得煤的质量。在预设时长[0,tn]内，通过检测位置煤的质量为：
[0064][0065]
式中ρ——煤的密度；
[0066]
ts——图像采集的时间间隔；
[0067]
si——第i次采集图像计算得到的横截面积；
[0068]
vi——第i次采集时的实时带速。
[0069]
为保证下游带式输送机有足够的调速时间，需要确定煤流量监测装置的安装位置。
[0070]
如图5所示，带式输送机a为变频器驱动，在距带式输送机a机尾位置l处安装煤流量监测装置器，距离l的计算公式为：
[0071]
l＝vb*[tafh/(f
h-f1)]+ls+l
t
[0072]
式中l——传感器距机头距离；
[0073]vb
——带式输送机b额定速度；
[0074]
ta——带式输送机a变频器设定的加速时间；
[0075]fh
——带式输送机a电机额定频率；
[0076]
ls——制动安全距离；
[0077]
lv——煤量检测距离。
[0078]
基于以上实施例，本实施例对步骤s103进行详细说明：
[0079]
为了实时掌握带式输送机上煤量情况，建立煤量的跟踪模型，将输送带分成若干
区域，将实时采集到的煤量信息对每个区域进行赋值，再进行堆栈处理，根据带式输送机运行速度就可以得出带式输送机上煤量运行轨迹,对于两盘区煤量叠加部分采用跟踪叠加方式进行数值存储，叠加后的煤量在输送带上进行叠加跟踪，做为调速的数据基础。
[0080]
(1)调速原则：统筹运输、预先提速、滞后降速。
[0081]
1)统筹运输：通过煤流量在带式输送机上的数据跟踪，分为单值跟踪和叠加跟踪，实时掌握带式输送机上各个点的煤流量，进行调速和预警。
[0082]
2)预先提速：是指当发出提速指令后，且煤流量增大节点还未到达下一级带式输送机时，提前第一响应时长对下一级带式输送机进行速度提升。
[0083]
3)滞后降速：是指当发出降速指令后，且煤流量减小节点到达本级带式输送机时，暂对带速不进行调整。延迟第二响应时长后，再对本级带式输送机进行降速。
[0084]
设置带式输送机升降速安全距离，煤流量节点经过安全距离所需时间为响应时间。各级调速带式输送机均有相应安全距离和响应时间，并根据各级调速带式输送具体情况设定。
[0085]
(2)调速流程：
[0086]
将模型计算调速值与带式输送机实际带速进行比对。当两个数值不同时，还需获取后面连续3次的计算调速值。若获取的3个计算调速值为同一数值，系统发出调速指令。否则带式输送机以原有带速运行。
[0087]
调速流程图如图6所示：
[0088]
(3)调速设定：
[0089]
为了保证调速系统的稳定，减少对设备的冲击，设定为3段速模式。
[0090]
1)低速模式：当检测或预测到煤量不大于第一阈值(40％额定煤量点)时，延迟第三响应时长，然后再判断本条带式输送机上有无煤流量超过40％额定煤量点，如没有则发出低速模式指令，如有超过40％额定煤量点则仍以原速度运行；
[0091]
2)中速模式：
[0092]
a)由低速转为中速；当检测或预测到煤量大于40％且不大于第二阈值(70％额定煤量点)
[0093]
时，则发出中速模式指令。
[0094]
b)由高速转为中速；当检测或预测到煤量大于70％额定煤量点时，延迟第四响应时长，然后再判断本条带式输送机上有无煤流量超过70％额定煤量点，如没有则发出中速模式指令，如有超过70％额定煤量点则仍以高速模式运行；
[0095]
3)高速模式：
[0096]
当检测或预测到煤量大于70％额定煤量点时，则发出高速模式指令。
[0097]
(4)保护功能：
[0098]
a)堵煤报警：通过对煤流量的跟踪可以判断带式输送机上是否存在堵煤现象，当跟踪煤流到达下个煤流量检测点时，下一个煤流量检测点到没有煤时，系统会发出堵煤报警，同时联动系统停机。
[0099]
b)堆煤预警：当检测或预测到带式输送机上煤流量超过额定值时，会反馈给采煤机，发出报警，减小采煤机开采量。
[0100]
如图7所示，图7为主煤流运输系统示意图。
[0101]
本发明实施例还提供的一种主煤流运输均衡控制装置，设置于plc控制系统中；具体装置可以包括：
[0102]
图像采集模块，用于获取结构光照射后带式输送机上预设煤流量检测位置处的表面图像；
[0103]
煤流量检测模块，用于根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量；
[0104]
煤流量跟踪模块，用于将带式输送机划分为若干区域，利用实时采集的煤流量对每个区域进行赋值，并根据带式输送机运行速度对煤流量进行跟踪；
[0105]
调速模块，用于根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令。
[0106]
本实施例的主煤流运输均衡控制装置用于实现前述的主煤流运输均衡控制方法，因此主煤流运输均衡控制装置中的具体实施方式可见前文主煤流运输均衡控制方法的实施例部分，例如，图像采集模块，煤流量检测模块，煤流量跟踪模块，调速模块分别用于实现上述主煤流运输均衡控制方法中步骤s101，s102，s103，s104和s105，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
[0107]
本发明具体实施例还提供了一种主煤流运输均衡控制设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种*主煤流运输均衡控制方法的步骤。
[0108]
本发明具体实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述一种主煤流运输均衡控制方法的步骤。
[0109]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0110]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0111]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0112]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0113]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种主煤流运输均衡控制方法,其特征在于，包括：获取结构光照射后带式输送机上预设煤流量检测位置处的表面图像；根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量；将带式输送机划分为若干区域，利用实时采集的煤流量对每个区域进行赋值，并根据带式输送机运行速度对煤流量进行跟踪；根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令。2.根据权利要求1所述的主煤流运输均衡控制方法，其特征在于，所述根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量包括：根据图像采集时间间隔、所述煤的横截面积、实时带速和煤的密度实时计算预设时长内的煤流量。3.根据权利要求1所述的主煤流运输均衡控制方法，其特征在于，所述预设煤流量检测位置设置在距下一级带式输送机机尾位置预设距离处，所述预设距离根据当前带式输送机额定速度、下一级带式输送机变频器设定的加速时间、下一级带式输送机电机额定频率、制动安全距离和煤量检测距离计算得出。4.根据权利要求1所述的主煤流运输均衡控制方法，其特征在于，所述对带式输送机发送调速指令包括：当所述调速值与实际带速不同，且连续多次计算得到的调速值相同时，对带式输送机发送调速指令。5.根据权利要求1所述的主煤流运输均衡控制方法，其特征在于，若所述调速指令为提速，则在煤流量增大节点还未到达下一级带式输送机时，提前第一响应时长对下一级带式输送机进行速度提升；若所述调速指令为降速，则在煤流量减小节点到达本级带式输送机时，不对带速进行调整，延迟第二响应时长后，再对本级带式输送机进行降速。6.根据权利要求1所述的主煤流运输均衡控制方法，其特征在于，所述根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令包括：当检测或预测到煤流量不大于第一阈值，且在延迟第三响应时长后当前带式输送机上无煤流量超过所述第一阈值的煤量点时，发出低速模式指令；当检测或预测到煤流量大于第一阈值且不大于第二阈值时，发出中速模式指令；当检测或预测到煤流量大于第二阈值时，发出高速模式指令；当检测或预测到煤流量大于第二阈值，且在延迟第四响应时长后当前带式输送机上无煤流量超过所述第二阈值的煤量点时，发出中速模式指令。7.根据权利要求1所述的主煤流运输均衡控制方法，其特征在于，还包括：当跟踪煤流到达下个煤流量检测点，且下一个煤流量检测点没有煤时，发出堵煤报警，同时联动系统停机。8.根据权利要求1所述的主煤流运输均衡控制方法，其特征在于，还包括：当检测或预测到带式输送机上煤流量超过额定值时，发出堆煤报警，同时联动采煤机减小开采量。9.一种主煤流运输均衡控制装置，其特征在于，包括：图像采集模块，用于获取结构光照射后带式输送机上预设煤流量检测位置处的表面图
像；煤流量检测模块，用于根据所述表面图像提取煤的横截面积，并实时计算预设时长内的煤流量；煤流量跟踪模块，用于将带式输送机划分为若干区域，利用实时采集的煤流量对每个区域进行赋值，并根据带式输送机运行速度对煤流量进行跟踪；调速模块，用于根据煤流量的跟踪信息，计算调速值，对带式输送机发送调速指令。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述一种主煤流运输均衡控制方法的步骤。

技术总结
本发明涉及煤矿主煤流运输系统控制技术领域，尤其是指一种主煤流运输均衡控制方法、装置及计算机存储介质。本发明所述的主煤流运输均衡控制方法，利用结构光立体视觉方法，使用结构光投射到物体表面，投影光条跟随物体表面形状的起伏而发生变化，拍摄输送带表面图像，从输送带表面形状所调制的条纹模式中，提取出物体的横截面积，然后经计算后得出当前输送带上的煤体积，实现对煤流量的实时检测,有效掌握整个主运输系统的实时煤流量，实现煤量均衡运输的目的，提高设备利用率，降低设备用电量和损耗。电量和损耗。电量和损耗。


技术研发人员：张耀明 李标 吴文臻 张立亚 李晨鑫 程继明 王汾青 黄家鑫 马孝威 陈威廷 巴显一 高冶
受保护的技术使用者：煤炭科学技术研究院有限公司
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/10/6