基于图像分析的斗轮机上煤流量自动控制系统方案.pdf

上海电力学院电子工程研究所
基于图像分析的斗轮机上煤流量自动控制系统方案
一、概述
目前,电厂的上煤系统是由运行人员人工操作斗轮机对事先堆在
煤场的煤进行取料,通过传输带运至锅炉。由于悬臂式斗轮机的固有
特性在大角度时上煤流量小于小角度时上煤流量,上煤流量时大时
小,而且由人来判断传输带上煤流量,当发现超载现象,通过操控斗
轮机悬臂的启停来控制上煤流量。操作人员的劳动强度较大,容易引
起视觉疲劳而增加安全运行风险;设备的频繁启停影响设备的使用寿
命。
本系统用视频流量检测的方法来取代人的视觉和思维,自动测量
传输带上煤流量的大小,与设定额定流量比较,进而控制斗轮机悬臂
的回转速度进行取煤,如测得流量偏大,控制悬臂回转速度慢一点,
反之控制回转速度快一点,使上煤系统始终保持一个比较均匀的传输
流量,既能提高上煤效率,又能缩短超载时间。
二、系统方案
1、系统原理
由于悬臂斗轮在某一层取煤时形成的两个环形曲线为平移关系,
如图 1,回转角越大,取煤深度越小,设取煤流量即单位时间内的上
煤重量为 f ,煤密度设为ρ,取煤深度即斗轮挖取的煤沿斗轮运动轨
迹的法线方向上的深度设为∆,取煤层高即分层取煤时每层高度设为
h ,回转速度即悬臂末端的线速度设为 v ,于是有:
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f=ρ×∆× h × v
取煤流量不仅与取煤层高、悬臂的回转速度有关,还与该取煤深度有
关;而取煤深度∆又与每次大车步进长度设为 L 以及回转角设为θ有
关,推导如下:

图 1 斗轮机取煤示意图
r Lsinθ
=→=sinα L
sinθα sin r
rr'' r r r
=→=→=r 'sin()θ−α
sinβθ sin sin( θαθ−) sin sin θ
r
∆=rr −'sin() = r −θα−
sinθ

r
=−r (sinθ cosαθα− cos sin )
sinθ
当α很小时, cosα≈ 1,故
r
∆=rr −'(sincoscossin) = r −θα−θα
sinθ

rrsinθ
∆=cosθ sinαθ= cos L = L cos θ
sinθθ sin r
于是得:
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f=ρ×××× h v L cosθ
图 1 中 AC、BD 为回转半径 r ,AD 为 r ',AB 为∆。
尽管理论上分析根据θ改变 v 可以使 f 固定,实际上斗轮机分层
取煤工艺和现场实际情况的千变万化,如取煤层高不同,煤层不规则
或煤层塌方等情况,上煤流量 f 会起伏很大。本系统采用基于图像分
析的方法实时检测上煤流量并将其反馈到控制器输入端实现闭环模
糊控制,如图 2,在斗轮机悬臂头部安装一台视频流量检测装置,如
图 3,获取传输带上煤横截面的图像序列,见图 4,根据横截面图像
序列可累积计算出单位时间内的相对体积,进而求出单位时间内