[发明专利]一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法

权利要求书

1.一种基于物料监测的皮带输送机智能调速方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：安装物料监测装置，将若干套物料监测装置等距离均匀安装在皮带输送机上方，所述物料监测装置包括安装机架、若干个激光测距仪以及工业摄像头，若干个激光测距仪等距离设置在安装机架上，工业摄像头安装在物料正上方的安装机架上；激光测距仪采集物料高度信号、皮带输送机控制系统采集驱动电机的转速信号，并将上述数据输送到数据存储器中，工业摄像头将拍摄的皮带输送带上的物料信息输送到数据存储器中，数据存储器与核心处理器相连，核心处理器与皮带输送机控制系统相连，皮带输送机控制系统对驱动电机进行变频调速；

步骤二：采集样本数据，包括人工示教调速的驱动电机转速矩阵和物料负载矩阵，并将采集到的样本数据存储到数据存储器中，采集完毕后的样本数据输送到核心处理器，由核心处理器中的神经网络系统对样本数据进行训练得到训练完毕的神经网络系统；

步骤三：启动智能调速系统，首先启动皮带输送机开始下料，同时开启物料监测装置采集皮带输送机不同位置的物料负载量得到物料负载矩阵，并将数据直接输送到核心处理器中，由训练完毕的神经网络系统对输入信号进行处理，输出结果为预测的驱动电机最佳转速；

步骤四：将核心处理器输出的驱动电机最佳转速输送到皮带输送机控制系统中，由皮带输送机控制系统对驱动电机进行变频调速；

激光测距仪的布置方法为对称均匀的布置在安装机架上，并且两端的激光测距仪长度等于皮带输送带的宽度，每套物料监测装置设置8个激光测距仪；

步骤二中采集样本数据的步骤如下：

A：开启皮带输送机进行正常的物料运输，同时开启皮带输送机所有位置的物料监测装置以及数据存储器、核心处理器；

B：人工观察当前皮带输送机所运输的整体物料量并进行人工示教调速；

C：在人工示教调速过程中，数据存储器每秒对激光测距仪采集的数据以及驱动电机转速数据采集一次，核心处理器经过计算处理以后得到物料负载矩阵：

，

其中，Q_ij表示第i组物料监测装置第j秒计算的物料负载量，n表示样本总数；与此同时存储驱动电机转速矩阵其中，v_j表示第j秒时驱动电机的转速，由此得到样本矩阵数据集；

采集样本数据过程中步骤B的人工示教调速为：人工观察皮带输送机不同位置的物料负载量，发现当前的整体物料量达到了额定负载，人工调节驱动电机以额定功率运行；当发现皮带输送机整体物料量较小时控制驱动电机转速减小；当发现皮带输送机一直没有物料并且时间持续了5min，则控制驱动电机停止运行，使皮带输送机整体的负载物料量和驱动电机转速实现最佳匹配；

通过激光测距仪和工业摄像头采集数据，并通过计算得到皮带输送机不同位置的瞬时物料负载量，计算皮带输送机不同位置瞬时物料负载量的步骤如下：

A：对于任意一套物料监测装置，首先以第一个激光测距仪为坐标原点，竖直向下为z坐标，水平方向为x坐标，垂直于物料截面的方向为y坐标建立三维直角坐标系，令输送皮带在xoz面的曲线方程为z₁＝h₁(x)；

B：启动皮带输送机并进行下料运输，同时开启全部激光测距仪和工业摄像头；

C：设置8个激光测距仪，将8个激光测距仪进行测距对应得到8个坐标点(x_α,0,z_α)，数据存储器存每秒储存一次上述激光测距仪所测得的坐标数据，并将数据导入核心处理器中，核心处理器通过多项式曲线拟合的方法可以得到物料高度曲线方程，

其中：k为多项式的阶数；

a_k为多项式的系数；

D：根据物料高度曲线方程和输送皮带曲线方程可以得到物料的实际高度方程H(x)＝h₂(x)-h₁(x)；

E：工业摄像头通过拍照可以得到皮带输送机上的物料图片信息，工业摄像头所得的矩形图像按照实物实际尺寸投影到xoy平面上可以得到物料的分布面φ(x,y)，其中工业摄像头拍得图像矩形的长度为L，利用图像处理可以得到物料在输送皮带上的分布图，将得到的物料分布图按照每个像素点进行分割，每个像素点为正方形，像素点面积S_p为1mm²，将每个物料像素点中心坐标记为(x_u,y_r)，当不同位置的物料坐标点的物料高度值近似为H(x_u)，即H(x_u)＝H(x_u,y_r)，将每个像素点对应的体积近似为长方体，则该像素点对应的物料高度为H(x_u,y_r)，则工业摄像头拍得图像矩形内的物料的总质量Q为

其中：m为x坐标方向物料像素点个数；

g为y坐标方向物料像素点个数；

ρ为物料的密度，kg/m³；

则单位长度的物料量q为

q＝Q/L

物料的瞬时流量

W＝K×q×2×π×v_i×σ^-1×R

其中：v_i为物料监测装置中的激光测距仪测得高度坐标时皮带运输机驱动电机的转速；

σ为驱动滚筒减速器的减速比；

K为校核系数；

R为传动滚筒的半径。