基于图像处理的皮带煤量动态计量技术在皮带调速系统中的应用

杜文卓

（山西科达自控股份有限公司， 山西 太原 030006）

引言

我国主要以开采地下煤炭资源为主，整个开采过程中煤炭运输是核心环节。由于地下煤炭被开采后从地下被运输到地面需要花费的时间较长，对皮带运输机的皮带磨损比较严重，皮带运输机需要消耗的功率也比较大，皮带运输机成为整个煤炭开采中功耗最大的设备。随着我国各项科学技术的完善，变频调速技术被运用到皮带输送机当中，起到明显的设备节能效果，获得煤矿企业的青睐。但是，现有皮带输送机中配备的变频调速系统只能达到皮带软起软停的效果，无法在皮带运输煤矿期间进行变频调速。本文提出对皮带运输煤炭过程进行图像监控，经过图像预处理了解皮带当中的煤炭量，并将参数阐述到调速系统中，达到皮带运输实时变频调速的目的。

1 图像处理与皮带煤量动态计量技术概述

图像处理（image processing），用计算机对图像进行分析，以达到所需结果的技术，又称影像处理。图像处理一般指数字图像处理。数字图像是指用工业相机、摄像机、扫描仪等设备经过拍摄得到的一个大的二维数组，该数组的元素称为像素，其值称为灰度值[1]。图像处理技术的一般包括图像压缩，增强和复原，匹配、描述和识别3 个部分。常见的系统有康耐视系统、图智能系统等，是正在兴起的技术。皮带煤量动态计量技术主要是指对皮带输送机上的煤量进行估算。皮带在工作时会呈现出弧形状态，且因为煤量发生变化，皮带的变形程度也会随之改变[2]。如图1 所示为皮带宽度与煤量之间的关系示意图，从图中可了解信息，煤量与煤宽之间并不存在线性关系。

2 皮带调速系统设计中基于图像处理的皮带煤量动态计量技术的应用

2.1 皮带调速系统平台搭建

本次所搭建的皮带调速系统平台中的硬件平台包含了海康网络摄像头以及普通台式电脑，其中摄像头主要用于获取网络视频，网络开发环境为Windows7 以及VisualC++2010 以及海康视频库，而电脑的CPU 则是64 位双核Pentium4。经过组装，形成调速系统。具体结构如图2 所示。

从图2 可了解到，本次所设计的监控系统获取图像信息以后，将会把图像数据上传到监控室电脑当中，以此来等待调节调速系统的命令。整个系统包含3 条胶带，其中1 号胶带上所运输的煤炭主要是综采工作面上的煤炭，该条皮带将不会受到皮带调速系统的调速，在运行过程中始终保持最大运行速度[3]。2 号胶带上的煤炭主要是由1 号胶带分拨出的煤炭，该条胶带煤炭量将受到图像监控系统的影响，经过图像处理计算出2 号胶带中煤炭含量以及胶带运行速度，方便后台系统下达调速命令。3 号胶带中的煤炭主要是从2 号胶带分流来的煤炭，3 号胶带同样会受到调速系统影响，经过图像处理技术获取3 号胶带煤炭含量以后，3 号胶带的运行速度随之受到调节[4]。

2.2 系统各项模块设计

控制系统的一般工作过程为利用互联网收集井下摄像机头的数据信息至调节室电脑；根据所收集的视频数据并采用计算完成数据处理之后，按照图像处理的结论以及调速策略测算出了井下运输皮带的最高转速；最后，通过网络把转速传给井下PLC；PLC 控制器在收到车速数据信息后控制变频器调速，让运输皮带以按规定的转速行驶[5]。

软件系统采取部分模板式的产品设计思想进行产品设计，一般有管理控制模板、录像提取信息管理控制模块、录像信息管理监控模板、通信模块、调速运算信息管理模板、监控信息管理模板、界面显示信息管理模板以及特殊信息管理监控模板等构成。其中管理模块一般用来负责管理摄像机与传送带之间的配置信号，而录像捕获模组、录像管理模块、调速计算模块，以及监控模组为控制系统的核心模组。数据的传输一般使用于网络通信系统模块。界面显示模组和特殊处理模块用来展示视频图像，和进行人机交互。

在程序的可扩展性以及对程序的通用性方面考虑后，本系统将摄像头信息、PLC 信息以及调速策略与数据信息统一，使用编程的管理模块实现统一管理。以上信息内容都保存在数据库系统中，在要更改或是添加当中的一些信息内容时仅需透过更改数据库系统，就能够实现对于摄像头和PLC 信息内容的更改，或是减少和重复对源程序的更改操作。

为达到这些目的首先就必须设计数据库，用来存储配置消息。经过对系统整体分析，操作系统所要求的基本配置方法一般有摄像头信号、PIC 信号，以及调速策略等信息内容。其中的摄像头数据信息大句括：设备编码、IP 网址、端口号、使用人名、密码数据信息。摄像头信息一般用来连接摄像机或使用互联网，收集摄像机数据。PLC 信息内容包括PLC 设备序号、IP 网址以及设备站号。PLC 信息主要用于控制系统，将速度传给指定的PLC 设备。

3 结语

中国为全球煤炭产出大国，煤矿自综采面到井底煤仓的皮带运输是煤矿开发中的一项重点。为在工业生产中节约降耗，根据皮带输送机上煤量对皮带输送机实行数字变频器调压已成某种趋势。采用皮带秤对皮带上煤量动态计数为目前计算的最主要办法，该办法具有费用较高、运行维护费时费力等问题。面对这些问题，本文提供了一种无需提高硬件成本的基于图像处理技术的皮带上煤量动态识别方法。该文以皮带监控图像为研究对象，并着重进行了图象预处理的研究，由此完成了对煤量估计公式中煤宽比的有效提取，并完成了对一级皮带工作状况与图象异常的鉴定。