一種齒輥式破碎機的自動調(diào)速控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種自動調(diào)速控制系統(tǒng)及控制方法，具體是一種齒輥式破碎機的自動 調(diào)速控制系統(tǒng)及控制方法，屬于控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 破碎機是煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，齒輯式破碎機在煤礦井下及露天礦的應用十分 廣泛。然而，齒輥式破碎機在使用過程中常會遇到來料不均勻，進入破碎機破碎腔的大塊物 料間斷出現(xiàn)，齒輥式破碎機如果要保證大塊物料能被齒輥破碎就必須在大功率下工作，這 樣在大塊物料間斷出現(xiàn)的間隙，破碎機就會在欠載狀態(tài)下工作，造成電能的浪費；其次，當 來料連續(xù)集中時，可能導致破碎機堵塞，出現(xiàn)破碎電機過載的現(xiàn)象，時間長會損壞破碎機。 因而破碎機無論是在欠載還是過載下工作都不是最佳的工作狀態(tài)，破碎機的工作壽命會受 到很大的影響。
[0003] 為了使齒輥式破碎機能夠根據(jù)工況不同調(diào)整工作狀態(tài)，發(fā)揮破碎機的性能優(yōu)勢， 現(xiàn)有技術(shù)中也有一些自動控制系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式多較復雜，維護成本較高，且控制 可靠性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、控制可靠性 強的齒輥式破碎機的自動調(diào)速控制系統(tǒng)，可以根據(jù)工況不同調(diào)整破碎電機的轉(zhuǎn)速以使齒輥 式破碎機在最佳工作狀態(tài)下運行，發(fā)揮出齒輥式破碎機的性能優(yōu)勢，減少設(shè)備的損壞和降 低運行成本，本發(fā)明的目的還在于提供一種調(diào)節(jié)方式簡單、控制方式安全可靠的齒輥式破 碎機的自動調(diào)速控制方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種齒輥式破碎機的自動調(diào)速控制 系統(tǒng)，包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、PLC自動控制模塊和變頻電機組，所述圖像采集模 塊包括攝像機和圖像采集卡，攝像機安裝在齒輥式破碎機的機架上方，攝像機的鏡頭正對 來料方向，攝像機的輸出端和圖像采集卡的輸入端之間連接；所述的圖像處理模塊為計算 機，圖像采集卡的輸出端與計算機連接；所述PLC自動控制模塊包括PLC控制器和變頻部 件，圖像處理模塊的輸出端與PLC控制器的輸入端連接，PLC控制器的輸出端與變頻部件的 輸入端連接；變頻部件的輸出端與變頻電機組連接，所述變頻電機組通過減速裝置與齒輥 式破碎機的齒輥軸相連。
[0006] 優(yōu)選的，變頻部件包括變頻器I和變頻器II，變頻電機組包括變頻電機I和變頻 電機II，變頻器I的輸出端與變頻電機I連接，變頻器II的輸出端與變頻電機II連接，齒輥 軸有兩根，變頻電機I和變頻電機II通過減速裝置分別與一根齒輥軸相連。
[0007] 本發(fā)明還提供了一種齒輥式破碎機的自動調(diào)速控制方法，包括如下步驟：
[0008] a.圖像采集模塊中的攝像機每隔一段時間間隔拍攝一張來料方向上的礦石照片， 從而完成礦石的光信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得到的模擬信號傳輸?shù)綀D像采集卡 中，圖像采集卡接收到礦石圖像的模擬信號后，對礦石圖像的模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，生成 礦石圖像的數(shù)字信號；
[0009] b.生成的礦石圖像的數(shù)字信號進入圖像處理模塊后，圖像處理模塊對數(shù)字信號依 次進行圖像去噪、圖像分割和礦石幾何特征描述，礦石幾何特征描述包括提取單一個體礦 石的平面投影面積S和整堆礦石作為一個整體的總體平面投影面積Sz，具體方法如下：
[0010] -副圖像從左上角開始，沿著從左到右，從上到下的順序依次對每一個像素點進 行掃描，掃描到一個沒有被標記的像素值為1的像素點，將此像素點標記為M1，再對該像素 點鄰域內(nèi)的八個像素點掃描，如果還有沒有被標記的像素值為1的點，繼續(xù)標記為M1，如 此遞歸掃描完所有鄰域內(nèi)的像素點，直到?jīng)]有被標記的像素值為1的點全部被標記為M1， 則這些被標記為Ml的點就是一塊礦石的面積；繼續(xù)掃描圖像，直到掃描到圖像的右下角結(jié) 束；掃描過程中，再檢測到的區(qū)域依次標記為M2,M3……Mi……Mn，這些區(qū)域分別對應單個 礦石所占的區(qū)域；
[0011] 這些區(qū)域內(nèi)像素點的個數(shù)表示了礦石在數(shù)字圖像中所占的面積，根據(jù)確定的實際 測量單位和像素所對應的比例關(guān)系p就可以確定礦石的實際面積，比例關(guān)系如下：
[0012]
[0013] 令被標記為Mi的礦石所占的像素點的面積為Si，則該礦石所占區(qū)域的實際面積 a 為：S=SiXP2;所有礦石所占的像素點的面積為：，則所有礦石所占區(qū)域的實際面積 Μ η 為：& χ/>2，即最終獲取了單一個體礦石的平面投影面積s和整堆礦石作為一個整 i=l 體的總體平面投影面積sz;
[0014] c.PLC控制器中預先設(shè)定變頻電機在不同轉(zhuǎn)速下運行的臨界條件，臨界條件其一 是與單一個體礦石平面投影面積S進行比較的臨界投影面積S'，其二是與礦石總體平面投 影面積Sz進行比較的臨界投影面積S3和Sb，其中Sa<Sb;PLC自動控制模塊接收到圖像處 理模塊獲取的礦石幾何特征的信號后，先將單一個體礦石的投影面積S與設(shè)定的臨界投影 面積S'進行比較，如果S多S'，則通過變頻部件控制變頻電機組在高轉(zhuǎn)速下運行；如果S <s'，則繼續(xù)判斷礦石總體平面投影面積sz是否在臨界投影面積sa、sb之間，若sa〈sz〈sb成 立，變頻電機組保持在中間轉(zhuǎn)速運行，若不是，則判斷sz>sb是否成立；若ssb成立，則 通過變頻部件控制變頻電機組在高轉(zhuǎn)速下運行；若不成立，則通過變頻部件控制變頻電機 組在低轉(zhuǎn)速下運行；
[0015] d.變頻電機組的轉(zhuǎn)動通過減速裝置傳遞到齒輥式破碎機的齒輥軸，從而帶動齒輥 式破碎機運行。
[0016] 本發(fā)明采用圖像識別處理的方精確判斷礦石的幾何形態(tài)和來料的覆蓋率，通過與 PLC控制器中預設(shè)的參數(shù)對比可以自動控制電機轉(zhuǎn)速，從而使齒輥式破碎機在不同工況下 合理運行，有效避免因欠載或過載造成的資源浪費和使用故障，減少了設(shè)備的維修量，提高 了經(jīng)濟效益，充分發(fā)揮破碎機的性能優(yōu)勢；本發(fā)明采用PLC編程自動控制電機轉(zhuǎn)速，不改變 破碎機原有機電系統(tǒng)，自動化程度高，方法簡單可靠。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總成圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明的自動調(diào)速系統(tǒng)控制流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0020] 如圖1至圖2所示，一種齒輥式破碎機的自動調(diào)速控制系統(tǒng)，包括圖像采集模塊、 圖像處理模塊、PLC自動控制模塊和變頻電機組，圖像采集模塊包括攝像機和圖像采集卡， 攝像機安裝在齒輯式破碎機的機架上方，攝像機的鏡頭正對來料方向，攝像機的輸出端和 圖像采集卡的輸入端之間連接；圖像處理模塊為計算機，圖像采集卡的輸出端與計算機連 接；所述PLC自動控制模塊包括PLC控制器和變頻部件，圖像處理模塊的輸出端與PLC控制 器的輸入端連接，PLC控制器的輸出端與變頻部件的輸入端連接；變頻部件的輸出端與變 頻電機組連接，變頻電機組通過減速裝置與齒輥式破碎機的齒輥軸相連。
[0021] 圖像采集模塊主要對拍攝的礦石照片進行圖像預處理，即攝像機完成礦石的光信 號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，再由圖像采集卡完成礦石的模擬信號到數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換；圖像 處理模塊對數(shù)字信號依次進行圖像去噪、圖像分割和礦石幾何特征描述，礦石幾何特征描 述包括提取單一個體礦石的平面投影面積S和整堆礦石作為一個整體的總體平面投影面 積SZ;PLC控制器可以根據(jù)內(nèi)部程序判斷的結(jié)果對變頻部件發(fā)出指令，控制變頻部件的頻 率，根據(jù)變頻部件的輸出電流大小，使變頻電機組的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，由于變頻電機組和齒輥 軸之間通過減速裝置機械連接，變頻電機組的轉(zhuǎn)速變化會經(jīng)過減速裝置傳遞到齒輥軸上。
[0022] 優(yōu)選的，變頻部件包括變頻器I和變頻器II，變頻電機組包括變頻電機I和變頻 電機II，變頻器I的輸出端與變頻電機I連接，變頻器II的輸出端與變頻電機II連接，齒輥 軸有兩根，變頻電機I和變頻電機II通過減速裝置分別與一根齒輥軸相連。這樣的設(shè)計適 合應用在具有兩個齒輥的齒輥式破碎機上。
[0023] 實現(xiàn)自動調(diào)速控制方法包括如下步驟：
[0024] a.變頻電機組上設(shè)置有高、中、低3種不同的轉(zhuǎn)速，剛啟動變頻電機組時保證變頻 電機組在中間轉(zhuǎn)速運行。圖像采集模塊中的攝像機每隔一段時間間隔拍攝一張來料方向上 的礦石照片，從而完成礦石的光信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換得到的模擬信號傳輸?shù)?圖像采集卡中，圖像采集卡接收到礦石圖像的模擬信號后，對礦石圖像的模擬信號進行A/D 轉(zhuǎn)換，生成礦石圖像的數(shù)字信號。
[0025] b.生成的礦石圖像的數(shù)字信號進入圖像處理模塊后，圖像處理模塊對數(shù)字信號依 次進行圖像去噪、圖像分割和礦石幾何特征描述，一副數(shù)字圖像可以表示為二維數(shù)組的形 式f(X，y)，X，y分別表示像素點的坐標，f(X，y)表示圖像的灰度，步驟如下：
[0026] (1)采用高斯濾波的方式對礦石圖像