一種智能分選方法及系統的製作方法
2023-10-08 21:11:44
專利名稱：一種智能分選方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及煤炭分選方法及系統，具體涉及一種適用於煤矸石分選的智能分選方法及系統。
背景技術：
選煤是煤炭生產過程中必須進行的工藝步驟，而排矸是選煤工藝的重要步驟之一。目前，我國大部分煤炭生產仍延續著人工排矸的落後方式，這種排矸方式不僅勞動強度大、且生產效率低下，同時矸石揀選率也直接受排矸生產作業人員身體體能、人員素質、當班時的情緒、工作責任心和管理水平等多個人為因素的影響，使煤炭的生產質量缺乏保障。 人工排矸生產方式之外還有傳統的重介分離等排矸方式，這些生產方式除要消耗大量的電能外，還會產生大量的粉塵和大量難以處理的煤泥汙染物，對空氣，對人和農作物賴以生存的水源和耕地造成嚴重的破壞和汙染，尤其是在我國主要產煤地區出現的開採煤炭資源與環境汙染以及原本就十分匱乏的水資源間的矛盾日顯突出。已有不少煤炭生產加工企業不同程度地受到我國環境保護法的制約，造成設備閒置，產量下降，經濟損失嚴重。為了改變煤炭生產過程中這種落後的排矸生產方式，推動煤炭生產工業的技術進步和節能減排，保護環境和資源，急需一種節能降耗且環保的用於煤矸石分選的設備。
發明內容
為了解決上述背景技術中存在的問題，本發明提出一種適用於煤矸石分選的智能分選方法及系統，該方法及系統基於圖像識別技術對煤矸石進行智能分選。依據本發明提供的第一種技術方案，提供一種智能分選系統包括原料輸送機1、塊煤分篩裝置2、緩衝料倉3、布料器4、工作平臺5、智能分選裝置6、執行機構7、矸石輸送機 8、塊煤輸送機9、清掃裝置10、除塵系統11、吸塵罩12和引風機13，大塊物料由原料輸送機 1送入塊煤分篩裝置2，篩分後的物料按不同的粒度級進入緩衝料倉3，再經由布料器4均勻布料後進入工作平臺5 ；當物料經工作平臺5通過智能識別裝置6時，若智能識別裝置6 發現有矸石通過，則智能識別裝置通過PLC可編程邏輯控制器把信號傳給執行機構7，執行機構7通過電磁閥動作使來自於氣泵的高壓氣體經高壓軟管推動氣缸動作，氣缸帶動與氣缸連接的機械手把煤矸石推到煤矸石輸送機上，大塊煤則繼續由工作平臺輸運到塊煤輸送機；清掃裝置10的作用是吹掉物料粘著的灰塵顆粒，除塵系統11是將吸塵罩12內的這些灰塵顆粒處理掉，再由引風機13將潔淨空氣排出。所述智能分選系統適用於煤矸石分選。本發明的智能分選系統使用攝像機或攝像頭或CCD器件作為圖像信號採集裝置。優選地，圖像信號採集裝置安裝在距離工作平臺正上方40釐米到60釐米之間。清掃裝置進一步包含吹掃器，該吹掃器安裝在工作平臺的正上方。該吹掃器安裝在工作平臺的正上方40釐米處。此外，執行機構安裝在工作平臺一側，執行動作部分氣缸應該與工作平臺保持水平但不接觸。
依據本發明提供的第二技術方案，提供一種智能分選方法，包括以下步驟第一步，確定標準閥值在待選塊煤產品中挑選出有代表性的樣品，分別通過人工辨別確認矸石與煤；然後將矸石樣品與煤樣品分別置於系統攝像頭下進行比對；調整閥值參數直至合適數值分出矸石信號與煤信號為止；第二步，系統逆煤流啟動確認標準閥值後，產品輸送機啟動(矸石輸送機，塊煤輸送機)一除塵系統啟動 (引風機、反吹風機、反吹迴轉、卸料器)一執行機構啟動一工作輸送機啟動一清掃裝置啟動一布料器器啟動一塊煤分篩裝置啟動一原料輸送機啟動，子系統啟動完成，等待待選產品入料。第三步，啟動圖像處理系統，對工作平臺上的含有煤矸石的塊煤實施分選系統在初始化之後，由圖像採集系統實時提取原始圖像，圖像採集的控制由主控計算機完成，採集到的原始圖像信息送入圖像處理系統，該系統選用DSP系統完成，對圖像進行增強、濾波、分割和特徵提取。將處理結果傳送到主控計算機，主控計算機將特徵信息送入識別系統進行識別，識別系統將識別結果傳送到主控計算機上，主控計算機按照識別出來的類型調用相應的模型，比較、計算、送出不同的信號給執行系統運行。在智能分選方法中利用以下的步驟(1)-(3)進行圖象處理，以獲得處理後的圖像識別信號來傳遞給執行系統(1)使用高斯平滑處理對圖像進行去噪處理；(2)煤矸石的對比度增強處理；(3)圖像二值化處理。本發明所述的智能系列分選系統集成應用影像、計算機、PLC等技術，完成了全新的煤矸石在線實時自動識別分選系統的設計。在節約了成本同時，有效地提高了煤矸石分選的識別可靠性。附圖簡要說明
圖1為依據本發明的智能分選系統的示意圖；圖2為依據本發明的智能分選系統的工作流程示意圖；圖3為除塵系統結構示意圖；圖4為清掃裝置結構示意圖；圖5為執行機構結構示意圖；圖6為智能分選系統的識別用的硬體構成示意圖；圖7-10為依據本發明的智能分選系統的電氣控制示意圖。
具體實施例方式在下面給出的依據本發明理念的示例，為本發明的最佳工藝，本領域技術人員可以理解，不應當將本發明限制至下述的具體實施方式
。參考圖1，其中圖1為智能分選系統的示意圖。其智能分選系統包括原料輸送機 1、塊煤分篩裝置2、緩衝料倉3、布料器4、工作平臺5、智能分選裝置6、執行機構7、矸石輸送機8、塊煤輸送機9、清掃裝置10、除塵系統11、吸塵罩12和引風機13，大塊物料由原料輸送機1送入塊煤分篩裝置，篩分後的物料按不同的粒度級進入緩衝料倉，再經由布料器均勻布料後進入工作平臺，當物料經過工作平臺通過智能識別裝置時，若發現有矸石通過，則智能識別裝置快速做出反映，PLC(可編程邏輯控制器)把信號傳給執行機構(執行機構結構示意圖詳見附圖5)，通過電磁閥動作，來自於氣泵的高壓氣體經高壓軟管推動氣缸動作， 把矸石推到矸石輸送機運走，大塊煤則由工作平臺拉到塊煤輸送機上運走。清掃裝置(清掃裝置結構示意圖詳見附圖4)的作用是吹掉物料粘著的灰塵顆粒，除塵系統(除塵系統結構示意圖詳見附圖3)是將吸塵罩內的這些灰塵顆粒處理掉，再由引風機將潔淨空氣排出。圖3-5中所示的部件分別如下所示a反吹風機、b反吹迴轉、c卸料器、13引風機、 5工作平臺、hi氣泵、h2高壓軟管、h3吹掃器、5工作平臺、fl電磁閥、f2氣缸。在智能分選系統中使用攝像機或攝像頭或CCD器件作為圖像信號採集裝置，圖像信號採集裝置安裝位置安裝的好壞直接影響分選效果。攝像頭安裝位置根據我們的經驗應該安裝在距離工作平臺正上方40釐米到60釐米之間，要求圖像儘量的清晰即可。清掃裝置的吹掃器安裝應該在不接觸塊煤的高度，優選安裝在工作平臺的正上方，即離被處理產品近但不接觸的位置；一般安裝在工作平臺的正上方40釐米處。執行機構安裝要求在工作平臺一側，執行動作部分氣缸應該與工作平臺保持水平但不接觸。由於整個識別與分選工作過程是非接觸，實時的，因此不會影響正常的物料傳輸。 皮帶上可設有若干個物料排隊通道，每一通道獨立的配置智能識別裝置。參考圖6所示的智能分選系統的識別用的硬體構成示意圖。識別用的硬體包括研華610L工控機61、三星19 寸顯示器62、視頻採集卡63、紅外攝像頭64、白熾燈65、歐姆龍PLC 66和執行機構7。具體地，研華610L工控機作為主控計算機，硬體配置250GB硬碟，Inter (R)E7400i2. 8GHz CPU, IG的內存作為系統的計算核心；紅外攝像頭、普通白熾燈組成圖形信息的採集部分；自動控制執行命令部分為OMRON系列CPlH高計算處理器的PLC，通過連結工控機，將不同信號通過程序控制輸出給執行機構，構成執行系統；採集視頻信號的視頻採集卡選用的是天敏 VC8000。智能分選系統的分選工作流程包括以下步驟第一步確定標準閥值。在待選塊煤產品中挑選出有代表性的樣品，分別通過人工辨別確認矸石與煤。然後將矸石樣品與煤樣品分別置於系統攝像頭下進行比對。調整閥值參數直至合適數值分出矸石信號與煤信號為止。第二步系統逆煤流啟動。確認標準閥值後，產品輸送機啟動(矸石輸送機，塊煤輸送機)一除塵系統啟動 (引風機、反吹風機、反吹迴轉、卸料器)一執行機構啟動一工作輸送機啟動一清掃裝置啟動一布料器器啟動一塊煤分篩裝置啟動一原料輸送機啟動，子系統啟動完成，等待待選產品入料。(參考圖2)。第三步，啟動圖像處理系統，對工作平臺上的含有煤矸石的塊煤實施分選。在本發明的智能分選方法及系統中，使用圖像處理系統進行視頻、監控、存儲，實時並行處理視頻信號，並且該圖像處理系統具有多通道實時性、無同步丟失現象、佔用內存空間少等系統特性。系統在初始化之後，由圖像採集系統實時提取原始圖像，圖像採集的控制由主控計算機完成，採集到的原始圖像信息送入圖像處理系統，該系統選用DSP系統完成，對圖像進行增強、濾波、分割和特徵提取。將處理結果傳送到主控計算機，主控計算機將特徵信息送入識別系統進行識別，識別系統將識別結果傳送到主控計算機上，主控計算機按照識別出來的類型調用相應的模型，比較、計算、送出不同的信號給執行系統運行。在本發明的智能分選工藝中主要利用以下的步驟(1)-(3)進行圖象處理，也可以使用形態學濾波方法來取代二值化處理的技術來進行圖像處理。(1)使用高斯平滑處理對圖像進行去噪處理。在圖像採集過程中，由於各種因素的影響圖像往往會出現一些不規則的噪聲，原始圖像在傳輸、存儲等都有可能產生數據的丟失，從而影響圖像的質量，處理噪聲過程稱為平滑。平滑可以降低圖像的視覺噪聲，同時除去圖像中的高頻部分，然後那些本來不明顯的低頻成分更容易識別，平滑可以通過卷積來實現。經過卷積平滑後的水平投影后，二值化提供了較好的圖像效果。(2)煤矸石的對比度增強處理。對比度增強，就是對圖像的進一步處理，將對比度進一步拉開，它針對原始圖像的每一個像素直接對其灰度進行處理，其處理過程主要是通過增強函數對像素的灰度級進行運算並將運算結果作為該像素的新灰度值來實現的。採用直接從代表每種灰度的像素數目的直方圖來觀察。通過改變選用的增強函數的表達式就可以得到不同的處理效果。(3)圖像二值化處理二值化處理的目的是將採集獲得的多層次灰度圖像處理成二值圖像，以便與分析理解和識別並減少計算量。二值化就是通過一些算法，通過一個閾值改變圖像中的像素顏色，令整幅圖像畫面內僅有黑白二值，該圖像一般由黑色區域和白色區域組成，可以用一個比特表示一個像素，例如「1」表示黑色「0」表示白色，這便於我們對特徵的提取，該設計中採用組內方差和組外方差來實現二值化。假設m為二值化之閥值，例如設定影像灰度分劃
值m為m = ±/X·^，力在此f:輸入之影像η:所有像素之數目f(x，y)像素坐標(x，y)的 1=1
灰度值凡是影像的灰度值低於分劃值m的令為0，影像的灰度值高於分劃值m的令為1，這種技巧稱之為二值閥值擷取。(4)形態學濾波或採用形態學濾波技術對圖像進行處理。本發明的智能分選工藝也可以採用形態學濾波技術進行圖像。其中，圖像函數f (x，y)的開操作和閉操作具有簡單的幾何解釋。假設使用球形結構元素b對f進行開操作，將這個結構元素視為「滾動的」球。用b對f進行開操作的原理可以在幾何上解釋為推動球沿著曲面的下側面滾動，以便球體能在曲面的整體下側面來回移動。當球體滾過f的整個下側面時，由球體的任何部分接觸到的曲面的最高點就構成了開操作的曲面。所有比球體直徑窄的波峰在幅度和尖銳程度上都減少。同理，球體在曲面的上表面滑動，當球體滾過f的整個上側面時，由球體的任何部分接觸到的曲面的最低點構成閉操作的曲面。從形態學基本原理可知，形態學的開運算會去掉圖像上與結構元素的形態不相吻合的相對亮的分布結構，同時保留那些相吻合的部分；而閉運算則會填充那些圖像上與結構元素不相吻合的相對暗的分布結構，同時保留那些相吻合的部分。因此他們都可以用來有效的提取特徵和平滑像。值得注意地是，採用形態濾波器時，應根據不同的目的選擇具有不同形狀、大小和方向特性的結構元素。此外，形態學開、閉運算都具有冪等性， 這意味著一次濾波就已將所有特定於結構元素的噪聲濾除千淨，再次重複不會產生新的結果。這是一個經典方法(如線性卷積濾波、中值濾波)所不具備的性質。由於形態學運算是從圖像的幾何形態觀點來進行圖像處理的，因此這種優良的非線性濾波器能在濾波的同時，保持圖像結構不被鈍化。 本發明的智能分選方法及系統中的電氣控制參見圖7-10所示，具體採用PLC自動作業系統，便於集中監視狀態、控制運行。具體控制如下系統動力電源為交流380伏，控制電源為交流220伏。系統工作之前首先將動力電源開關SFl送電，同時將各個迴路斷路器 QF1-7閉合，保險FUl保護控制迴路電源，空氣開關PQF閉合，自動控制PLC系統帶電。至此系統配電準備工作完畢，等待啟動運行。PLC反饋信號X000-X011檢測各對應迴路接觸器 KM1-KM7吸合、斷開狀態和熱繼電器FR1-7保護各迴路是否過載的狀態反饋。根據反饋信號X000-X011的狀態，自動控制連鎖系統中各部分之間的狀態，通過繼電器K1-7自動控制對應迴路啟停。例如附圖8執行機構控制迴路手動運行時，SB3為停止按鈕，SB4是啟動按鈕，當按下SB4啟動按鈕時，KM2接觸器線圈得電，其常開點自鎖保持迴路通電，執行機構得電運行，當執行機構迴路過載時，熱繼電器FR2斷開控制迴路，執行機構斷電停止運行。自動運行時根據工藝編寫程序固化在PLC中，在條件滿足的情況下，PLC輸出，對應繼電器K2 線圈得電，控制迴路中K2常開點閉合，執行機構得電運行。在條件不滿足的情況下，PLC停止輸出，K2繼電器線圈斷電，在執行機構控制迴路中的K2點斷開，迴路斷電停止運行。同理其他迴路一樣控制。系統啟停順序詳見前面第一點所述逆煤流啟動。本發明的智能分選方法及系統中的產量設計智能識別分選機皮帶速度0. 8m/s ；煤塊和姦石粒度150 300mm ；煤塊和矸石均勻、較緊密按線排列；在0. 8m長度的皮帶上分布粒度為150mm (300mm)的煤塊或矸石5塊O. 5塊)，並假設為球狀，則1小時內處理的煤塊或矸石的體積為V150 = 4/3X π XR3X5(|fe) X3600(秒)=4/3Χ π Χ0. 0753Χ5Χ3600 = 31. 80Μ3V300 = 4/3Χ π XR3X2. 5(塊)Χ3600(秒)=4/3Χ π Χ0· 153Χ2· 5X3600 = 127. 17Μ3煤的比重按照1. 2 1. 4考慮，則小時處理能力為S150 = 31. 80 X (1. 2 1. 4) = 38. 16 44. 52TS300 = 127. 17 X (1. 2 1. 4) = 152. 60 178. 04T實際的計算條件與以上的計算條件一定存在著差異，例如實際的煤塊或矸石不會是球狀的，其體積比按球狀計算的體積要小；煤塊或矸石間的距離也不會都很小，考慮到上述原因，保守的設置0. 5的折扣參數，則基於DSP圖像處理裝置處理圖像信息的小時處理能力可達到S150 = 19 22T/ 小時 S· = 76 89T/ 小時再考慮到專用基於DSP圖像處理裝置在處理圖像信息的同時，還要處理控制信號，如皮帶速度信號、計算煤塊或矸石到翻板處的時間、給出翻板控制裝置動作信號等，處理這些控制信號也需佔用基於DSP圖像處理裝置的時間資源，在上述計算結果的基礎上再設置0.8的係數，則基於DSP圖像處理裝置的實際矸石分選小時處理能力為
S150 = 15. 2 17. 6T/ 小時 S300 = 60. 8 71. 3T/ 小時(2)若皮帶的寬度彡800mm,且橫向比較平整的條件下，可設置2個通道或多通道， 每個通道分別設置一個圖像處理裝置和自動翻板裝置(共用一臺攝像機)，可使系統的處理能力提高近1倍。本發明的智能系列分選系統集成應用影像、計算機、PLC等技術，完成了全新的煤矸石在線實時自動識別分選系統的設計。在節約了成本同時，有效地提高了煤矸石分選的識別可靠性。如上述，已經清楚詳細地描述了本發明提出的智能系列分選系統及方法。儘管本發明的優選實施例詳細描述並解釋了本發明，但是本領域普通的技術人員可以理解，在不背離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍的情況下，可以在形式和細節中做出多種修改。
權利要求
1.一種智能分選系統包括原料輸送機(1)、塊煤分篩裝置(2)、緩衝料倉(3)、布料器 (4)、工作平臺(5)、智能分選裝置(6)、執行機構(7)、矸石輸送機(8)、塊煤輸送機(9)、清掃裝置(10)、除塵系統(11)、吸塵罩(12)和引風機(13)，大塊物料由原料輸送機(1)送入塊煤分篩裝置(2)，篩分後的物料按不同的粒度級進入緩衝料倉(3)，再經由布料器(4)均勻布料後進入工作平臺(5)；當物料經工作平臺(5)通過智能識別裝置(6)時，若智能識別裝置(6)發現有矸石通過，則智能識別裝置通過PLC (可編程邏輯控制器)把信號傳給執行機構(7)，執行機構(7)通過電磁閥動作使來自於氣泵的高壓氣體經高壓軟管推動氣缸動作， 氣缸帶動與氣缸連接的機械手把煤矸石推到煤矸石輸送機上，大塊煤則繼續由工作平臺輸運到塊煤輸送機；清掃裝置(10)的作用是吹掉物料粘著的灰塵顆粒，除塵系統(11)是將吸塵罩(12)內的這些灰塵顆粒處理掉，再由引風機(13)將潔淨空氣排出。
2.根據權利要求1中所述的智能分選系統，其適用於煤矸石分選。
3.根據權利要求2中所述的智能分選系統，其使用攝像機或攝像頭或CCD器件作為圖像信號採集裝置。
4.根據權利要求3中所述的智能分選系統，其中圖像信號採集裝置安裝在距離工作平臺正上方40釐米到60釐米之間。
5.根據權利要求1中所述的智能分選系統，其中清掃裝置進一步包含吹掃器，該吹掃器安裝在工作平臺的正上方。
6.根據權利要求5中所述的智能分選系統，其中該吹掃器安裝在工作平臺的正上方40 釐米處。
7.根據權利要求1中所述的智能分選系統，其中執行機構安裝在工作平臺一側，執行動作部分氣缸應該與工作平臺保持水平但不接觸。
8.一種使用權利要求1中所述智能分選系統的智能分選方法，包括以下步驟第一步，確定標準閥值在待選塊煤產品中挑選出有代表性的樣品，分別通過人工辨別確認矸石與煤；然後將矸石樣品與煤樣品分別置於系統攝像頭下進行比對；調整閥值參數直至合適數值分出矸石信號與煤信號為止；第二步，系統逆煤流啟動確認標準閥值後，產品輸送機啟動(產品輸送機即矸石輸送機和塊煤輸送機)一除塵系統啟動一執行機構啟動一工作輸送機啟動一清掃裝置啟動一布料器器啟動塊煤分篩裝置啟動一原料輸送機啟動，子系統啟動完成，等待待選產品入料；第三步，啟動圖像處理系統，對工作平臺上的含有煤矸石的塊煤實施分選系統在初始化之後，由圖像採集系統實時提取原始圖像，圖像採集的控制由主控計算機完成，採集到的原始圖像信息送入圖像處理系統，該系統選用DSP系統完成，對圖像進行增強、濾波、分割和特徵提取。將處理結果傳送到主控計算機，主控計算機將特徵信息送入識別系統進行識別，識別系統將識別結果傳送到主控計算機上，主控計算機按照識別出來的類型調用相應的模型，比較、計算、送出不同的信號給執行系統運行。
9.根據權利要求8中所述的智能分選方法，在其中利用以下的步驟(1)-(3)進行圖象處理，以獲得處理後的圖像識別信號來傳遞給執行系統(1)使用高斯平滑處理對圖像進行去噪處理；(2)煤矸石的對比度增強處理；(3)圖像二值化處理。
全文摘要
提供一種智能分選方法及系統，該系統包括原料輸送機、塊煤分篩裝置、緩衝料倉、布料器、工作平臺、智能分選裝置、執行機構、矸石輸送機、塊煤輸送機、清掃裝置、除塵系統、吸塵罩和引風機。該智能系列分選方法及系統集成應用影像、計算機、PLC等技術，完成了全新的煤矸石在線實時自動識別分選系統的設計。在節約了成本同時，有效地提高了煤矸石分選的識別可靠性。
文檔編號B07B15/00GK102489450SQ20111045088
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者劉陽, 宋祥武, 李功民, 李濤, 楊寶祥, 梁大偉, 王汝輝 申請人:唐山市神州機械有限公司