基于图像分析的斗轮机上料自动控制系统.ppt

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1、上海电力学院电器仪表厂基于图像分析的斗轮机上料自动基于图像分析的斗轮机上料自动控制系统方案控制系统方案悬臂斗轮机上料系统普遍存在的问题悬臂斗轮机上料系统普遍存在的问题 悬臂斗轮机取料过程中，悬臂斗轮机取料过程中，每次能取到的料是两个圆弧每次能取到的料是两个圆弧所包含的部分。所包含的部分。可以可以看出，在固定回转速度的情看出，在固定回转速度的情况下，大角度时上料流量小，况下，大角度时上料流量小，而小角度时上料流量大，上而小角度时上料流量大，上料流量不均匀料流量不均匀。图1斗轮机取煤示意图 国内相关科学技术状况国内相关科学技术状况l解决此问题的一种方法是根据悬臂回转角度值来控制解决此问题的一种方法

2、是根据悬臂回转角度值来控制斗轮机悬臂的回转速度，输出一与悬臂角度余弦值成斗轮机悬臂的回转速度，输出一与悬臂角度余弦值成反比的量来调节悬臂回转速度使上料流量均匀。但由反比的量来调节悬臂回转速度使上料流量均匀。但由于斗轮机分层取料工艺和现场实际情况的千变万化，于斗轮机分层取料工艺和现场实际情况的千变万化，如料层不规则或料层塌方等情况，这种开环控制方式如料层不规则或料层塌方等情况，这种开环控制方式的系统无法获知实时上料流量，流量起伏很大，有时的系统无法获知实时上料流量，流量起伏很大，有时会造成系统严重超载，不利于设备长期安全运行。会造成系统严重超载，不利于设备长期安全运行。国内相关科学技术状况国内相

3、关科学技术状况l解决此问题的另一种方法是在斗轮机悬臂上安装电解决此问题的另一种方法是在斗轮机悬臂上安装电子皮带秤来检测上料瞬时流量，将其作为反馈信号子皮带秤来检测上料瞬时流量，将其作为反馈信号控制斗轮机悬臂回转速度，实现上料流量的自动控控制斗轮机悬臂回转速度，实现上料流量的自动控制。但由于悬臂的水平角度是变化的，电子皮带秤制。但由于悬臂的水平角度是变化的，电子皮带秤安装的位置决定了电子皮带秤受力不确定，信号反安装的位置决定了电子皮带秤受力不确定，信号反馈延时长，直接影响控制效果。馈延时长，直接影响控制效果。国外相关科学技术状况国外相关科学技术状况l韩国某钢铁厂对斗轮机自动上料方法进行了研究，韩

4、国某钢铁厂对斗轮机自动上料方法进行了研究，通过一个仿雷达的通过一个仿雷达的X射线装置设备，可以在射线装置设备，可以在3D范范围内确定堆料的三维位置，这样可以确定出料堆围内确定堆料的三维位置，这样可以确定出料堆在在XYZ方向上的位置，斗轮机取料过程中可以根方向上的位置，斗轮机取料过程中可以根据料堆的方位定点在一定的位置和高度自动取料。据料堆的方位定点在一定的位置和高度自动取料。但这种方法并未涉及取料流量的自动控制。但这种方法并未涉及取料流量的自动控制。基于图像分析的斗轮机上料流量自动基于图像分析的斗轮机上料流量自动控制系统原理控制系统原理本系统采用图像分析的方法来取代人的视觉和思维，自动测本系统

5、采用图像分析的方法来取代人的视觉和思维，自动测量斗轮机悬臂小皮带上的上料瞬时流量，将其作为反馈信号量斗轮机悬臂小皮带上的上料瞬时流量，将其作为反馈信号与设定额定流量比较，闭环模糊控制悬臂回转速度使上料流与设定额定流量比较，闭环模糊控制悬臂回转速度使上料流量均匀，所采用的视频流量检测装置可以安装在斗轮机悬臂量均匀，所采用的视频流量检测装置可以安装在斗轮机悬臂头部，检测的流量精度可满足自动控制的要求，同时信号反头部，检测的流量精度可满足自动控制的要求，同时信号反馈又比较及时。馈又比较及时。图2 闭环模糊控制方式框图 上料流量自动控制系统原理上料流量自动控制系统原理l视频流量检测视频流量检测l模糊控

6、制器模糊控制器视频流量检测视频流量检测l利用视频流量检测装置采集传输带上煤流横截面图像序列，利用视频流量检测装置采集传输带上煤流横截面图像序列，采用基于语义权值的图像边缘提取方法和基于视觉模型的采用基于语义权值的图像边缘提取方法和基于视觉模型的阈值选择策略，获得图像中传输带上料横截面的轮廓线，阈值选择策略，获得图像中传输带上料横截面的轮廓线，计算料横截面积，通过积分计算出一段时间内的煤流量体计算料横截面积，通过积分计算出一段时间内的煤流量体积，最终求出上料瞬时流量。积，最终求出上料瞬时流量。视频流量检测装置的发明专利视频流量检测装置的发明专利l发明专利名称：基于三维图像分发明专利名称：基于三维

7、图像分析计算传输流量的方法和装置析计算传输流量的方法和装置 l授权专利号：授权专利号：200410024957.6 上料流量自动控制系统原理上料流量自动控制系统原理l视频流量检测视频流量检测l模糊控制器模糊控制器模糊控制器模糊控制器l由于斗轮机悬臂回转过程中的大惯性特由于斗轮机悬臂回转过程中的大惯性特点，传统的点，传统的PID控制已不能满足要求，需控制已不能满足要求，需采用鲁棒性能好的控制器，而模糊控制采用鲁棒性能好的控制器，而模糊控制器能满足此要求。器能满足此要求。模糊控制器的代数模型图模糊控制器的代数模型图 模糊控制器根据上料瞬时流量与流量的变化率，模糊控制器根据上料瞬时流量与流量的变化率

8、，结合一定的模糊规则去控制斗轮机悬臂回转速度，能结合一定的模糊规则去控制斗轮机悬臂回转速度，能提高上料流量的均匀性和安全性。提高上料流量的均匀性和安全性。模糊控制后的取煤流量比较模糊控制后的取煤流量比较取煤最少取煤最少变频变频器器频频率率hz步步进长进长度度m352821181615取煤最多取煤最多原取煤方式原取煤方式0.64601160模糊控制取煤模糊控制取煤方式方式0.877061061046046040040019501550116010000.986069052039021901750130010001.0960770580490 4102400195014601250 1040从上述

9、取煤流量表（从上述取煤流量表（）可知，在原取煤方式下，变频器输出固定频率可知，在原取煤方式下，变频器输出固定频率为为28hz，步进长度为，步进长度为0.6m，上煤流量最少，上煤流量最少460t/h，最多，最多1160t/h（不考虑煤层塌方的情（不考虑煤层塌方的情况）况）；而在模糊控制取煤方式下，步进长度在；而在模糊控制取煤方式下，步进长度在1.0m，通过控制变频器输出频率在，通过控制变频器输出频率在15-35hz之之间变化，可使上煤流量在间变化，可使上煤流量在960-1040t/h之间，之间，与前一种方式相比，传输同样多的煤，需要的与前一种方式相比，传输同样多的煤，需要的时间更少，明显提高了上

10、煤效率，而且流量相时间更少，明显提高了上煤效率，而且流量相对较均衡。对较均衡。系统实施方案系统实施方案l系统实施方案一：基于系统实施方案一：基于PLC的自动的自动控制方案控制方案l系统实施方案二：基于平板系统实施方案二：基于平板PC的自的自动控制方案动控制方案系统实施方案一系统实施方案一视频流量分析系统（由视频流量分析系统（由TXL-1xx系系列视频流量检测装置、列视频流量检测装置、ADAM-4024模块、模块、ADAM-4520接口转换模块、接口转换模块、带图像采集卡的工控机以及安装在带图像采集卡的工控机以及安装在工控机上的图像分析软件组成）检工控机上的图像分析软件组成）检测上煤瞬时流量并转

11、换成测上煤瞬时流量并转换成420mA的电流信号送入自动控制系统，自的电流信号送入自动控制系统，自动控制系统（由动控制系统（由PLC控制器、自动控制器、自动控制软件、回转变频器以及回转电控制软件、回转变频器以及回转电机等组成）中的机等组成）中的PLC控制器读入该控制器读入该流量信号后根据闭环模糊控制算法流量信号后根据闭环模糊控制算法输出一定的频率信号控制回转变频输出一定的频率信号控制回转变频器驱动斗轮机悬臂，悬臂将以与频器驱动斗轮机悬臂，悬臂将以与频率信号对应的回转速度进行取煤，率信号对应的回转速度进行取煤，保持上煤流量均匀。保持上煤流量均匀。基于基于PLC的自动控制方案的自动控制方案系统实施方

12、案系统实施方案l系统实施方案一：基于系统实施方案一：基于PLC的自动的自动控制方案控制方案l系统实施方案二：基于平板系统实施方案二：基于平板PC的自的自动控制方案动控制方案本方案是针对原系统中没有本方案是针对原系统中没有PLC控制器而设计的，视频流量分析控制器而设计的，视频流量分析系统（由系统（由TXL-1xx系列视频流量系列视频流量检测装置、带图像采集卡的平板检测装置、带图像采集卡的平板PC以及安装在平板以及安装在平板PC上的图像上的图像分析软件组成）检测上煤瞬时流分析软件组成）检测上煤瞬时流量并根据闭环模糊控制算法计算量并根据闭环模糊控制算法计算出一定的频率信号转换成出一定的频率信号转换成

13、420mA的电流信号送入自动控的电流信号送入自动控制系统（包括平板制系统（包括平板PC、ADAM-4024模块、模块、ADAM-4520接口转接口转换模块、自动控制软件、回转变换模块、自动控制软件、回转变频器以及回转电机）中的回转变频器以及回转电机）中的回转变频器驱动斗轮机悬臂，悬臂将以频器驱动斗轮机悬臂，悬臂将以与频率信号对应的回转速度进行与频率信号对应的回转速度进行取煤，保持上煤流量均匀。取煤，保持上煤流量均匀。系统实施方案二系统实施方案二基于平板基于平板PC的自动控制方案的自动控制方案效效 果果l视频流量检测效果视频流量检测效果l上料自动控制效果上料自动控制效果视频流量检测重复性比较视频

14、流量检测重复性比较结论：结论：对同一段运料录像的流量检测误差不超过对同一段运料录像的流量检测误差不超过0.5%，说明该算法的重复性较好，稳定性较高。，说明该算法的重复性较好，稳定性较高。重复性比较重复性比较第一次第一次第二次第二次第三次第三次平均值平均值误差误差第一段第一段1075664.4971076349.5621079584.54010771990221%第二段第二段1124779.3851125374.2541124661.027112493800378%第三段第三段1067815.5971068245.6581065805.84210672880138%视频流量检测准确性比较视频流量

15、检测准确性比较班次时间（班次时间（2005年）年）测量体积测量体积计算重量计算重量实际重量（吨）实际重量（吨）测量误差测量误差实际上煤时间实际上煤时间（小时）（小时）2/1中班中班1151248962581.025760.2%32/2夜班夜班1190805862669.72684-0.5%3.52/2早班早班907802532035.22107-3.4%42/2中班中班614757091378.21407-2%2.332/3夜班夜班624008991399.013632.6%2.52/3早班早班580835241302.21316-1%1.832/3中班中班642147931440.01385

16、3.9%2.672/4夜班夜班592872101329.212962.6%2.08统计统计630447870141342%21.9视频流量检测效果视频流量检测效果结论：利用图像处理方法计算上料流量与电子皮结论：利用图像处理方法计算上料流量与电子皮带秤测得的实际重量相比，平均测量误差保持在带秤测得的实际重量相比，平均测量误差保持在5%以下，该检测流量可以满足作为斗轮机控制以下，该检测流量可以满足作为斗轮机控制参考信号的要求。参考信号的要求。效效 果果l视频流量检测效果视频流量检测效果l上料自动控制效果上料自动控制效果上料自动控制效果上料自动控制效果l为了验证该闭环控制方式的有效性，为了验证该闭环

17、控制方式的有效性，是否能达到节能增效的目的，在电是否能达到节能增效的目的，在电厂燃料部煤控室安装了一套效能监厂燃料部煤控室安装了一套效能监测软件，用来采集在该系统投用之测软件，用来采集在该系统投用之前和之后斗轮机的有关上煤流量的前和之后斗轮机的有关上煤流量的数据进行比较。数据进行比较。上料自动控制效果上料自动控制效果上煤时间段上煤时间段上煤总量上煤总量(t)上煤时间上煤时间(h)超载时间超载时间(h)超载总量超载总量(t)安全运行情况下安全运行情况下的平均流量的平均流量(t/h)137824.857 0.901 1332.1 619.4 251346.961 1.224 1557.7 623.

18、3 311491.744 0.078 91.7 634.6 412311.908 0.111 134.8 610.0 553758.672 1.356 1765.4 493.3 632414.474 0.607 755.1 642.8 751437.512 0.486 688.9 634.0 842086.477 0.489 604.1 601.8 954067.549 1.118 1383.8 625.5 1025025.093 0.294 350.4 448.3 总计总计3717155.2486.6648664.0586.8系统投用前的效能监测与分析表系统投用前的效能监测与分析表 上料自动

19、控制效果上料自动控制效果系统投用后的效能监测与分析表系统投用后的效能监测与分析表 上煤时间段上煤时间段上煤总量上煤总量(t)上煤时间上煤时间(h)超载时间超载时间(h)超载总量超载总量(t)安全运行情况下安全运行情况下的平均流量的平均流量(t/h)15560.6290.07596.9829.2216422.336 0.072 95.5 683.3 35430.775 0.026 33.6 680.8 438094.977 0.217 277.2 735.5 546846.323 0.156 202.0 726.8 647216.880 0.243 319.6 663.1 743175.851

20、0.053 65.5 733.3 828703.776 0.028 34.7 756.4 93400.433 0.015 20.6 765.1 1017192.134 0.029 36.4 799.5 总计总计2520134.1120.9141181.9723.5上料自动控制效果上料自动控制效果l系统投用之前，斗轮机共上煤系统投用之前，斗轮机共上煤37171吨，花了吨，花了55.248小时，超载量小时，超载量8664吨，超载时间吨，超载时间6.664小时，小时，则在安全运行情况下总共上了则在安全运行情况下总共上了28507吨煤，花了吨煤，花了48.584小时，在安全运行情况下的平均流量为小时，

21、在安全运行情况下的平均流量为586.8吨吨/小时；小时；l系统投用之后，斗轮机共上煤系统投用之后，斗轮机共上煤25201吨，花了吨，花了34.112小时，超载量小时，超载量1182吨，超载时间吨，超载时间0.914小时，小时，则在安全运行情况下总共上了则在安全运行情况下总共上了24019吨煤，花了吨煤，花了33.198小时，在安全运行情况下的平均流量为小时，在安全运行情况下的平均流量为723.5吨吨/小时。小时。上料自动控制效果上料自动控制效果l如上所述，在安全运行情况下，同样上一万吨如上所述，在安全运行情况下，同样上一万吨煤，在系统投用前需用煤，在系统投用前需用17个小时，而系统投用个小时，

22、而系统投用后只需用后只需用13.8小时，节省了小时，节省了3.2小时的时间，提小时的时间，提高了高了18.8%的上煤效率。的上煤效率。系统特点系统特点 本系统采用的技术达到国际先进水平，产品具有自主知识产权，本系统采用的技术达到国际先进水平，产品具有自主知识产权，是一是一种非接触式设备，系统安装和维护便捷。种非接触式设备，系统安装和维护便捷。l 提高上料效率，节约能耗；提高上料效率，节约能耗；l 有效防止超载，提高系统的安全性；有效防止超载，提高系统的安全性；l 能有效进行均衡配煤，不同煤种的合理充分混配可有效地提高锅炉能有效进行均衡配煤，不同煤种的合理充分混配可有效地提高锅炉燃烧燃烧 的稳定

23、性和煤燃烧效率；的稳定性和煤燃烧效率；l 减轻司机的劳动强度，规避人为的事故；减轻司机的劳动强度，规避人为的事故；l 减少斗轮机悬臂回转的启停次数和运行时间，延长设备的使用寿命；减少斗轮机悬臂回转的启停次数和运行时间，延长设备的使用寿命；l 非接触式流量检测设备，未来设备维护量较小；非接触式流量检测设备，未来设备维护量较小；l 独立性较强，易与原斗轮机的控制系统整合。独立性较强，易与原斗轮机的控制系统整合。专家评审专家评审l中国电力投资集团公司于中国电力投资集团公司于2007年年4月月29日在上海召开了由侯子良教授为日在上海召开了由侯子良教授为评审委员会主任的评审委员会主任的“基于图像分析基于图像分析的斗轮机上料流量自动控制系统的斗轮机上料流量自动控制系统”项目评审会。项目评审会。用户报告用户报告科技查新与水平查新科技查新与水平查新l2007年年1月月5日委托上海科学技术情报研究所（国日委托上海科学技术情报研究所（国家一级科技查新咨询单位）对该项目进行了科技查家一级科技查新咨询单位）对该项目进行了科技查新与水平查新。新与水平查新。科科技技查查新新水水平平查查新新谢谢 谢！谢！