一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法技术

一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，通过人工示教调速，获取皮带输送机不同位置的物料负载量与对应的驱动电机转速，并作为训练数据训练初始的神经网络，获取具有认知能力的神经网络系统，训练完毕后开启智能调速系统，根据皮带输送机实际运行过程中物料监测装置采集到的物料信息数据，经过核心处理器的计算得到皮带输送机不同位置的物料负载量数据，并输送到具有认知能力的神经网络中，神经网络系统进行预测获取当前皮带输送机驱动电机的最佳转速，皮带输送机控制系统根据此数据对驱动电机进行变频调速，本发明专利技术能够有效减小皮带输送机电机的能源消耗，并能降低出现煤料堆积的事故，调速范围和精度较高，达到节能降耗、安全生产的目的。安全生产的目的。安全生产的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法


[0001]本专利技术涉及一种皮带输送机调速方法，具体是一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，属于皮带输送机调速


技术介绍

[0002]随着综合机械化采煤工艺的不断发展，国内外学者相继提出了“无人化”或“少人化”采煤工作面的设想。
[0003]由于带式输送机对散装物料的运输效果最好，所以广泛应用于煤矿、码头等场合，正是由于带式输送机使用的场合广泛，所以对其也提出了更多要求；作为矿井主要运输设备，带式输送机的能耗对煤矿和矿山等企业运输成本作用明显，采用工频恒速运行方式会存在如下问题：机械和输送带间的摩擦系数较大，若输送机空载或者轻载会造成电能浪费，并且保持恒速运动很容易出现堆煤事故。
[0004]带式输送机作为煤矿的关键设备，实现其“无人化”和“智能化”是目前发展的趋势，而目前应用最广泛的带式输送机控制系统，主要是人为根据煤量手动调节带式输送机的带速，而且在实际运行中很长时间采用恒速控制，当皮带输送机运送物料较小时，将会浪费大量的能源；为了提高输送机的运输效率，减少电能消耗，需采取措施对输送机的带速进行调节，当输送机载荷发生变化时，根据载荷及时调整带速，实现运送物料负载量和驱动电机转速实现最佳匹配，以实现节能运行，延长寿命的目的。如果能使皮带输送机实现智能自动调速，将会为推动我国煤炭开采少人化、无人化，从根本上解决煤矿安全高效生产难题。
[0005]中国专利技术专利2018年2月16日公开的一种公开号为CN107702755A的“皮带输送机流量检测装置及检测方法”，其是利用激光测距仪和摄像机对皮带输送机上物料进行实时监测，但是在实际中皮带输送机输送的物料在横截面上以及在整条皮带上的分布都是不均匀的，所以该方法测量物料的负载量误差较大。
[0006]中国专利技术专利2013年3月6日公开的一种公开号为CN102951428B的“皮带输送机节能系统的节能控制方法”，其是利用物料监测装置测定皮带断面上的瞬时料重，经过内部程序计算对皮带输送机驱动电机进行调节，从而实现电机最佳运转转速和运转频率的匹配，然而这种方法并没有设计出准确的物料检测装置，以及对于物料负载量和电机转速的匹配较为粗糙，并不精确。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，能够有效减小皮带输送机电机的能源消耗，并能降低出现煤料堆积的事故，调速范围和精度较高，应用范围较广，达到节能降耗和安全生产的目的。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：安装物料监测装置，将若干套物料监测装置等距离均匀安装在皮带输送
机上方，所述物料监测装置包括安装机架、若干个激光测距仪以及工业摄像头，若干个激光测距仪等距离设置在安装机架上，工业摄像头安装在物料正上方的安装机架上；激光测距仪采集物料高度信号、皮带输送机控制系统采集驱动电机的转速信号，并将上述数据输送到数据存储器中，工业摄像头将拍摄的皮带输送带上的物料图片信息输送到数据存储器中，数据存储器与核心处理器相连，数据存储器中存储的数据通过核心处理器的运算可以得到皮带输送机不同运输位置的物料负载量。数据存储器存储完足够的样本数据之后将全部数据输入到核心处理器中进行处理，最后输送到神经网络中进行训练；核心处理器与皮带输送机控制系统相连，皮带输送机控制系统可以对驱动电机进行变频调速；
[0010]步骤二：采集样本数据，包括人工示教调速的驱动电机转速矩阵和物料负载矩阵，并将采集到的样本数据存储到数据存储器中，采集完毕后的样本数据输送到核心处理器，由核心处理器中的神经网络系统对样本数据进行训练得到训练完毕的神经网络系统；
[0011]步骤三：启动智能调速系统，首先启动皮带输送机开始下料，同时开启物料监测装置采集皮带输送机不同位置的物料负载量得到物料负载矩阵，并将数据直接输送到核心处理器中，由训练完毕的神经网络系统对输入信号进行处理，输出结果为预测的驱动电机最佳转速；
[0012]步骤四：将核心处理器输出的电机最佳转速输送到皮带输送机控制系统中，由皮带输送机控制系统对驱动电机进行变频调速。
[0013]在本专利技术中，用激光测距仪来测量皮带输送机上物料的厚度，所设置的激光测距仪个数越多，测量和算法的精度越高，激光测距仪的布置方法为对称均匀的布置在安装机架上，并且两端的激光测距仪长度要近似等于皮带输送带的宽度，本专利技术中每套物料监测装置设置8个激光测距仪。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤二中采集样本数据的步骤如下：
[0015]A：开启皮带输送机进行正常的物料运输，同时开启皮带输送机所有位置的物料监测装置以及数据存储器、核心处理器；
[0016]B：人工观察当前皮带输送机所运输的整体物料量并进行人工示教调速；
[0017]C：在人工示教调速过程中，数据存储器每秒对激光测距仪采集的数据以及驱动电机转速数据采集一次，核心处理器经过计算处理以后得到物料负载矩阵：
[0018]，其中，Q
ij
表示第i组物料监测装置第j秒计算的物料负载量，n表示样本总数；与此同时存储驱动电机转速矩阵其中，v
j
表示第j秒时驱动电机的转速，由此得到样本矩阵数据集。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，采集样本数据过程中步骤B的人工示教调速为：人工观察皮带输送机不同位置的物料负载量，发现当前的整体物料量达到了额定负载，人工调节驱动电机以额定功率运行；当发现皮带输送机整体物料量较小时控制驱动电机转速减小；当发现皮带输送机一直没有物料并且时间持续了5min，则控制驱动电机停止运行，尽可能使皮带输送机整体的负载物料量和驱动电机转速实现最佳匹配。
[0020]本专利技术通过激光测距仪和工业摄像头采集数据，并通过计算得到皮带输送机不同位置的瞬时物料负载量，计算皮带输送机不同位置瞬时物料负载量的步骤如下：
[0021]A：对于任意一套物料监测装置，首先以第一个激光测距仪为坐标原点，竖直向下为z坐标，水平方向为x坐标，垂直于物料截面的方向为y坐标建立三维直角坐标系，令输送皮带在xoz面的曲线方程为z1＝h1(x)；
[0022]B：启动皮带输送机并进行下料运输，同时开启全部激光测距仪和工业摄像头；
[0023]C：设置8个激光测距仪，将8个激光测距仪进行测距对应得到8个坐标点(x
α
,0,z
α
)，数据存储器存每秒储存一次上述激光测距仪所测得的坐标数据，并将数据导入核心处理器中，核心处理器通过多项式曲线拟合的方法可以得到物料高度曲线方程，
[0024][0025]其中：k为多项式的阶数；
[0026]a
k
为多项式的系数；
[0027]D：根据物料高度曲线方程和输送皮带曲线方程可以得到物料的实际高度方程H(x)＝h2(x)
‑
h1(x)；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：安装物料监测装置，将若干套物料监测装置等距离均匀安装在皮带输送机上方，所述物料监测装置包括安装机架、若干个激光测距仪以及工业摄像头，若干个激光测距仪等距离设置在安装机架上，工业摄像头安装在物料正上方的安装机架上；激光测距仪采集物料高度信号、皮带输送机控制系统采集驱动电机的转速信号，并将上述数据输送到数据存储器中，工业摄像头将拍摄的皮带输送带上的物料信息输送到数据存储器中，数据存储器与核心处理器相连，核心处理器与皮带输送机控制系统相连，皮带输送机控制系统对驱动电机进行变频调速；步骤二：采集样本数据，包括人工示教调速的驱动电机转速矩阵和物料负载矩阵，并将采集到的样本数据存储到数据存储器中，采集完毕后的样本数据输送到核心处理器，由核心处理器中的神经网络系统对样本数据进行训练得到训练完毕的神经网络系统；步骤三：启动智能调速系统，首先启动皮带输送机开始下料，同时开启物料监测装置采集皮带输送机不同位置的物料负载量得到物料负载矩阵，并将数据直接输送到核心处理器中，由训练完毕的神经网络系统对输入信号进行处理，输出结果为预测的驱动电机最佳转速；步骤四：将核心处理器输出的驱动电机最佳转速输送到皮带输送机控制系统中，由皮带输送机控制系统对驱动电机进行变频调速。2.根据权利要求1所述的一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，其特征在于，激光测距仪的布置方法为对称均匀的布置在安装机架上，并且两端的激光测距仪长度等于皮带输送带的宽度，本发明中每套物料监测装置设置8个激光测距仪。3.根据权利要求1所述的一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，其特征在于，步骤二中采集样本数据的步骤如下：A：开启皮带输送机进行正常的物料运输，同时开启皮带输送机所有位置的物料监测装置以及数据存储器、核心处理器；B：人工观察当前皮带输送机所运输的整体物料量并进行人工示教调速；C：在人工示教调速过程中，数据存储器每秒对激光测距仪采集的数据以及驱动电机转速数据采集一次，核心处理器经过计算处理以后得到物料负载矩阵：，其中，Q
ij
表示第i组物料监测装置第j秒计算的物料负载量，n表示样本总数；与此同时存储驱动电机转速矩阵[v1,v2,v3,
…
v
j
…
v
n
]，其中，v
j
表示第j秒时驱动电机的转速，由此得到样本矩阵数据集。4.根据权利要求3所述的一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，其特征在于，采集样本数据过程中步骤B的人工示教调速为：人工观察皮带输送机不同位置的物料负载量，发现当前的整体物料量达到了额定负载，人工调节驱动电机以额定功率运行；当发现皮带输送机整体物料量较小时控制驱动电机转速减小；当发现皮带输送机一直没有物料并且时间持续了5min，则控制驱动电机停止运行，使皮带输送机整体的负载物料量和驱动电机转速实现最佳匹配。5.根据权利要求3所述的一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，其特征在于，
通过激光测距仪和工业摄像头采集数据，并通过计算得到皮带输送机不同位置的瞬时物料负载量，计算皮带输送机不同位置瞬时物料负载量的步骤如下：A：对于任意一套物料监测装置，首先以第一个激光测距仪为坐标原点，竖直向下为z坐标，水平方向为x坐标，垂直于物料截面的方向为y坐标建立三维直角坐标系，令输送皮带在xoz面的曲线方程为z1＝h1(x)；B：启动皮带输送机并进行下料运输，同时开启全部激光测距仪和工业摄像头；C：设置8个激光测距仪，将8个激光测距仪进行测距对应得到8个坐标点(x
α
,0,z
α
)，数据存储器存每秒储存一次上述激光测距仪所测得的坐标数据，并将数据导入核心处理器中，核心处理器通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：司垒，李嘉豪，王记，王忠宾，谭超，闫海峰，刘送永，刘新华，江红祥，张鹏辉，孟林，张旭，朱远胜，俞桂洲，
申请(专利权)人：中铁隧道股份有限公司，
类型：发明
国别省市：