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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,悬臂斗轮机取料过程中，每次能取到的料是两个圆弧所包含的部分。可以看出，在固定回转速度的情况下，大角度时上料流量小，而小角度时上料流量大，上料流量不均匀。,图1斗轮机取煤示意图,国内相关科学技术状况,解决此问题的一种方法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，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，有时会造成系统严重超载，不利于
2、设备长期安全运行。,国内相关科学技术状况,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。,国外相关科学技术状况,韩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X射线装置设备，可以在3D范围内确定堆料的三维位置，这样可以确定出料堆在XYZ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。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
3、自动控制系统原理,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,视频流量检测模糊控制器,视频流量检测,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积，最终求出
4、上料瞬时流量。,视频流量检测装置的发明专利,发明专利名称：基于三维图像分析计算传输流量的方法和装置 授权专利号：200410024957.6,上料流量自动控制系统原理,视频流量检测模糊控制器,模糊控制器,由于斗轮机悬臂回转过程中的大惯性特点，传统的PID控制已不能满足要求，需采用鲁棒性能好的控制器，而模糊控制器能满足此要求。,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，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。,模糊控制后的取煤流量比较,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为28hz，步进长度为0.6m，上煤流量最
5、少460t/h，最多1160t/h（不考虑煤层塌方的情况）；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15-35hz之间变化，可使上煤流量在960-1040t/h之间，与前一种方式相比，传输同样多的煤，需要的时间更少，明显提高了上煤效率，而且流量相对较均衡。,系统实施方案,系统实施方案一：基于PLC的自动控制方案系统实施方案二：基于平板PC的自动控制方案,系统实施方案一,视频流量分析系统（由TXL-1xx系列视频流量检测装置、ADAM-4024模块、ADAM-4520接口转换模块、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）检测上煤瞬时流量并转换成420
6、mA的电流信号送入自动控制系统，自动控制系统（由PLC控制器、自动控制软件、回转变频器以及回转电机等组成）中的PLC控制器读入该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，保持上煤流量均匀。,基于PLC的自动控制方案,系统实施方案,系统实施方案一：基于PLC的自动控制方案系统实施方案二：基于平板PC的自动控制方案,本方案是针对原系统中没有PLC控制器而设计的，视频流量分析系统（由TXL-1xx系列视频流量检测装置、带图像采集卡的平板PC以及安装在平板PC上的图像分析软件组成）检测上煤瞬时流量并根据闭环模糊控制算法计算出
7、一定的频率信号转换成420mA的电流信号送入自动控制系统（包括平板PC、ADAM-4024模块、ADAM-4520接口转换模块、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，保持上煤流量均匀。,系统实施方案二,基于平板PC的自动控制方案,效 果,视频流量检测效果上料自动控制效果,视频流量检测重复性比较,结论：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。,视频流量检测准确性比较,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
8、流量可以满足作为斗轮机控制参考信号的要求。,效 果,视频流量检测效果上料自动控制效果,上料自动控制效果,为了验证该闭环控制方式的有效性，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数据进行比较。,上料自动控制效果,系统投用前的效能监测与分析表,上料自动控制效果,系统投用后的效能监测与分析表,上料自动控制效果,系统投用之前，斗轮机共上煤37171吨，花了55.248小时，超载量8664吨，超载时间6.664小时，则在安全运行情况下总共上了28507吨煤，花了48.584小时，在安全运行情况下的平均流量为586.8吨/小时
9、；系统投用之后，斗轮机共上煤25201吨，花了34.112小时，超载量1182吨，超载时间0.914小时，则在安全运行情况下总共上了24019吨煤，花了33.198小时，在安全运行情况下的平均流量为723.5吨/小时。,上料自动控制效果,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17个小时，而系统投用后只需用13.8小时，节省了3.2小时的时间，提高了18.8%的上煤效率。,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，是一种非接触式设备，系统安装和维护便捷。提高上料效率，节约能耗；有效防止超载，提高系统的安全性；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 的稳定性和煤燃烧效率；减轻司机的劳动强度，规避人为的事故；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；非接触式流量检测设备，未来设备维护量较小；独立性较强，易与原斗轮机的控制系统整合。,专家评审,中国电力投资集团公司于2007年4月29日在上海召开了由侯子良教授为评审委员会主任的“基于图像分析的斗轮机上料流量自动控制系统”项目评审会。,用户报告,科技查新与水平查新,2007年1月5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新与水平查新。,科技查新,水平查新,谢 谢！,
