一种齿辊式破碎机的自动调速控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自动调速控制系统及控制方法，具体是一种齿辊式破碎机的自动 调速控制系统及控制方法，属于控制领域。
【背景技术】
[0002] 破碎机是煤矿生产中的重要设备，齿辑式破碎机在煤矿井下及露天矿的应用十分 广泛。然而，齿辊式破碎机在使用过程中常会遇到来料不均匀，进入破碎机破碎腔的大块物 料间断出现，齿辊式破碎机如果要保证大块物料能被齿辊破碎就必须在大功率下工作，这 样在大块物料间断出现的间隙，破碎机就会在欠载状态下工作，造成电能的浪费；其次，当 来料连续集中时，可能导致破碎机堵塞，出现破碎电机过载的现象，时间长会损坏破碎机。 因而破碎机无论是在欠载还是过载下工作都不是最佳的工作状态，破碎机的工作寿命会受 到很大的影响。
[0003] 为了使齿辊式破碎机能够根据工况不同调整工作状态，发挥破碎机的性能优势， 现有技术中也有一些自动控制系统，但这些系统调节方式多较复杂，维护成本较高，且控制 可靠性不高。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种结构简单、控制可靠性 强的齿辊式破碎机的自动调速控制系统，可以根据工况不同调整破碎电机的转速以使齿辊 式破碎机在最佳工作状态下运行，发挥出齿辊式破碎机的性能优势，减少设备的损坏和降 低运行成本，本发明的目的还在于提供一种调节方式简单、控制方式安全可靠的齿辊式破 碎机的自动调速控制方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种齿辊式破碎机的自动调速控制 系统，包括图像采集模块、图像处理模块、PLC自动控制模块和变频电机组，所述图像采集模 块包括摄像机和图像采集卡，摄像机安装在齿辊式破碎机的机架上方，摄像机的镜头正对 来料方向，摄像机的输出端和图像采集卡的输入端之间连接；所述的图像处理模块为计算 机，图像采集卡的输出端与计算机连接；所述PLC自动控制模块包括PLC控制器和变频部 件，图像处理模块的输出端与PLC控制器的输入端连接，PLC控制器的输出端与变频部件的 输入端连接；变频部件的输出端与变频电机组连接，所述变频电机组通过减速装置与齿辊 式破碎机的齿辊轴相连。
[0006] 优选的，变频部件包括变频器I和变频器II，变频电机组包括变频电机I和变频 电机II，变频器I的输出端与变频电机I连接，变频器II的输出端与变频电机II连接，齿辊 轴有两根，变频电机I和变频电机II通过减速装置分别与一根齿辊轴相连。
[0007] 本发明还提供了一种齿辊式破碎机的自动调速控制方法，包括如下步骤：
[0008] a.图像采集模块中的摄像机每隔一段时间间隔拍摄一张来料方向上的矿石照片， 从而完成矿石的光信号到模拟信号的转换，并将转换得到的模拟信号传输到图像采集卡 中，图像采集卡接收到矿石图像的模拟信号后，对矿石图像的模拟信号进行A/D转换，生成 矿石图像的数字信号；
[0009] b.生成的矿石图像的数字信号进入图像处理模块后，图像处理模块对数字信号依 次进行图像去噪、图像分割和矿石几何特征描述，矿石几何特征描述包括提取单一个体矿 石的平面投影面积S和整堆矿石作为一个整体的总体平面投影面积Sz，具体方法如下：
[0010] -副图像从左上角开始，沿着从左到右，从上到下的顺序依次对每一个像素点进 行扫描，扫描到一个没有被标记的像素值为1的像素点，将此像素点标记为M1，再对该像素 点邻域内的八个像素点扫描，如果还有没有被标记的像素值为1的点，继续标记为M1，如 此递归扫描完所有邻域内的像素点，直到没有被标记的像素值为1的点全部被标记为M1， 则这些被标记为Ml的点就是一块矿石的面积；继续扫描图像，直到扫描到图像的右下角结 束；扫描过程中，再检测到的区域依次标记为M2,M3……Mi……Mn，这些区域分别对应单个 矿石所占的区域；
[0011] 这些区域内像素点的个数表示了矿石在数字图像中所占的面积，根据确定的实际 测量单位和像素所对应的比例关系p就可以确定矿石的实际面积，比例关系如下：
[0012]
[0013] 令被标记为Mi的矿石所占的像素点的面积为Si，则该矿石所占区域的实际面积 a 为：S=SiXP2;所有矿石所占的像素点的面积为：，则所有矿石所占区域的实际面积 Μ η 为：& χ/>2，即最终获取了单一个体矿石的平面投影面积s和整堆矿石作为一个整 i=l 体的总体平面投影面积sz;
[0014] c.PLC控制器中预先设定变频电机在不同转速下运行的临界条件，临界条件其一 是与单一个体矿石平面投影面积S进行比较的临界投影面积S'，其二是与矿石总体平面投 影面积Sz进行比较的临界投影面积S3和Sb，其中Sa<Sb;PLC自动控制模块接收到图像处 理模块获取的矿石几何特征的信号后，先将单一个体矿石的投影面积S与设定的临界投影 面积S'进行比较，如果S多S'，则通过变频部件控制变频电机组在高转速下运行；如果S <s'，则继续判断矿石总体平面投影面积sz是否在临界投影面积sa、sb之间，若sa〈sz〈sb成 立，变频电机组保持在中间转速运行，若不是，则判断sz>sb是否成立；若ssb成立，则 通过变频部件控制变频电机组在高转速下运行；若不成立，则通过变频部件控制变频电机 组在低转速下运行；
[0015] d.变频电机组的转动通过减速装置传递到齿辊式破碎机的齿辊轴，从而带动齿辊 式破碎机运行。
[0016] 本发明采用图像识别处理的方精确判断矿石的几何形态和来料的覆盖率，通过与 PLC控制器中预设的参数对比可以自动控制电机转速，从而使齿辊式破碎机在不同工况下 合理运行，有效避免因欠载或过载造成的资源浪费和使用故障，减少了设备的维修量，提高 了经济效益，充分发挥破碎机的性能优势；本发明采用PLC编程自动控制电机转速，不改变 破碎机原有机电系统，自动化程度高，方法简单可靠。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的系统总成图；
[0018] 图2是本发明的自动调速系统控制流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0020] 如图1至图2所示，一种齿辊式破碎机的自动调速控制系统，包括图像采集模块、 图像处理模块、PLC自动控制模块和变频电机组，图像采集模块包括摄像机和图像采集卡， 摄像机安装在齿辑式破碎机的机架上方，摄像机的镜头正对来料方向，摄像机的输出端和 图像采集卡的输入端之间连接；图像处理模块为计算机，图像采集卡的输出端与计算机连 接；所述PLC自动控制模块包括PLC控制器和变频部件，图像处理模块的输出端与PLC控制 器的输入端连接，PLC控制器的输出端与变频部件的输入端连接；变频部件的输出端与变 频电机组连接，变频电机组通过减速装置与齿辊式破碎机的齿辊轴相连。
[0021] 图像采集模块主要对拍摄的矿石照片进行图像预处理，即摄像机完成矿石的光信 号到模拟信号的转换，再由图像采集卡完成矿石的模拟信号到数字信号的A/D转换；图像 处理模块对数字信号依次进行图像去噪、图像分割和矿石几何特征描述，矿石几何特征描 述包括提取单一个体矿石的平面投影面积S和整堆矿石作为一个整体的总体平面投影面 积SZ;PLC控制器可以根据内部程序判断的结果对变频部件发出指令，控制变频部件的频 率，根据变频部件的输出电流大小，使变频电机组的转速发生变化，由于变频电机组和齿辊 轴之间通过减速装置机械连接，变频电机组的转速变化会经过减速装置传递到齿辊轴上。
[0022] 优选的，变频部件包括变频器I和变频器II，变频电机组包括变频电机I和变频 电机II，变频器I的输出端与变频电机I连接，变频器II的输出端与变频电机II连接，齿辊 轴有两根，变频电机I和变频电机II通过减速装置分别与一根齿辊轴相连。这样的设计适 合应用在具有两个齿辊的齿辊式破碎机上。
[0023] 实现自动调速控制方法包括如下步骤：
[0024] a.变频电机组上设置有高、中、低3种不同的转速，刚启动变频电机组时保证变频 电机组在中间转速运行。图像采集模块中的摄像机每隔一段时间间隔拍摄一张来料方向上 的矿石照片，从而完成矿石的光信号到模拟信号的转换，并将转换得到的模拟信号传输到 图像采集卡中，图像采集卡接收到矿石图像的模拟信号后，对矿石图像的模拟信号进行A/D 转换，生成矿石图像的数字信号。
[0025] b.生成的矿石图像的数字信号进入图像处理模块后，图像处理模块对数字信号依 次进行图像去噪、图像分割和矿石几何特征描述，一副数字图像可以表示为二维数组的形 式f(X，y)，X，y分别表示像素点的坐标，f(X，y)表示图像的灰度，步骤如下：
[0026] (1)采用高斯滤波的方式对矿石图像