煤与矸石在线分选系统设计.pdf

第 3 9卷 第 8 期 2 0 1 3 年 8月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo l _ 3 9 NO ． 8 Au g ．2 01 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 O 8 0 0 9 5 0 4 DO I 1 0 ． 7 5 2 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 2 5 程学珍 ， 王伟 ， 卫阿盈． 煤与矸石在线分选系统设计口] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 8 9 5 9 8 ． 煤与矸石在线分选系统设计 程 学珍 ， 王伟 ， 卫 阿盈 山东科技大学 信息与电气工程学院，山东 青岛 2 6 6 5 9 0 摘要 针对 目前常用的原煤洗选方法存在设备复杂、 需要大量的水等 问题 ， 设计 了一种基于双能 7射线 和数 字 图像 识 别技 术 的煤 与矸石 在 线分 选 系统 。单 片机 实时 判 断探 测 器 下方 的物 料是 煤 或 者 是矸 石 ， 当判 断 为煤 块 时 ， 喷枪 无动 作 ， 煤块 落入 煤通道 ； 当判 断为矸 石 时 ， 单 片机控 制 喷枪 喷 出高压 气体 ， 将 矸 石 吹入 矸 石通 道 ； 当有 些煤 中含 杂质 较 多或 者矸石 含碳 量较 高时 ， 则 由图像 识 别模块根 据 煤 与矸 石 在灰 度上 的差 异来 区分煤与矸石 ， 并将识别结果传送给单片机。模拟 实验结果表 明， 该 系统能有效识别煤与矸石， 识别精度满 足 工业 生产要 求 。 关键 词 煤与矸 石 ； 在 线 分选 ； 双 能 7射 线 ；图像 识别 中图分类号 TD 9 4 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 3 0 7 2 3 1 4 2 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 3 0 7 2 3 ． 1 4 2 3 ． 0 2 5 ． h t ml De s i g n o f o n l i n e s e p a r a t i o n s y s t e m f o r c o a l a n d ga ng u e CHENG Xue z he n， W ANG W e i ， W EI A y i ng Co l l e g e o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l E n g i n e e r i n g，S h a n d o n g Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y ， Qi n g d a o 2 6 6 5 9 0 ，Ch i n a Abs t r a c t I n v i e w o f pr o bl e ms of c o mpl e x de vi c e s a n d n e e d i ng a l a r g e a m o un t o f wa t e r i n c ur r e nt c o mm o n r a w c oa l s e pa r a t i on me t ho d s， a n o nl i n e s e p a r a t i o n s y s t e m f o r c oa l a nd g a ng ue ba s e d o n du a l e ne r gy 7 - r a y a nd d i gi t a l i ma ge r e c og ni t i on t e c hno l o gy wa s d e s i gne d．The s i ng l e c h i p mi c r oc o m pu t e r r e a l t i me l y j u d g e s ma t e r i a l s u n d e r d e t e c t o r wh e t h e r c o a l o r g a n g u e ，i f i t i s c o a l ，s p r a y g u n h a s n o a c t i o n ，i f i t i s g a n g u e ，t h e s i n g l e c h i p mi c r o c o mp u t e r c o n t r o l s t h e s p r a y g u n s p r a y h i g h p r e s s u r e g a s t o i n s u f f l a t e t h e g a ng ue i n t o g a ng ue c h a nn e 1 ．W he n t he c oa l h a s m a n y i m p ur i t i e s or t h e g a ng ue ha s ma ny c a r bo ns ，i ma ge r e c o g n i t i o n mo d u l e d i s t i n g u i s h e s c o a l a n d g a n g u e a c c o r d i n g t o g r a y d i f f e r e n c e s b e t we e n c o a l a n d g a n g u e ， a n d s e nds r e c o g ni t i on r e s ul t t o t he s i n gl e c h i p mi c r oc omp ut e r．Th e s i m u l a t i on t e s t r e s u l t s h ows t h a t t he s ys t e m c a n r e c o g ni z e c o a l a n d g a ng ue e f f e c t i v e l y a n d i t s r e c o g ni t i o n p r e c i s i o n m e e t s r e qu i r e me n t s of i n du s t r i a l pr o du c t i on． Ke y wo r ds c oa l a n d ga n gu e；o nl i ne s e pa r a t i on；du a l e ne r gy 7 - r a y；i ma g e r e c o g ni t i on 0 引言 如何从原煤中剔除矸石， 对保证煤 的质量非常 重要。 目前常用 的原煤洗选方法 主要有重介法、 跳 汰 法 和人工 手选 法 。重介 法 和跳 汰法 虽然得 到 较 普遍应用 ， 但是设备复杂 、 需要大量的水资源且污染 环境 ] 。人工手选法耗费大量人力 ， 且工作环境 中 的噪声 、 粉尘都会对工人健康造成严重伤害。鉴此 ， 本文设计了一种基于双能 y射线透射和数字图像处 理技术的煤与矸石在线分选系统， 该系统结构简单 、 投资少 、 不需 要水 、 分选 效率 高， 具有 一定 的实用 价值。 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 1 7 。 基金项 目 济南市高校 自主创新项 目 2 0 0 9 0 6 0 0 5 ； 山东科 技大学创新 团队项 目 2 0 1 0 KYTD 1 0 1 。 作者简介 程学珍 1 9 6 4 一 ， 女 ， 山东临沂人 ， 教授 ， 主要研究 方向为检测技术及 图像处理 ， E ma i l g c h z x t g 1 6 3 ． c o m。 2 0 1 3年第 8期 程学珍等 煤与矸石在线分选系统设计 9 7 籁 籁 1 40 0 1 2 0 0 1 00 0 8 0 0 6 0 0 40 0 2 0 o l 4 0 0 1 20 0 1 0 0 0 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 o 0 0 5 0 l 00 l ，U 20 U 2M 灰度级 b 矸 石 图 4煤与矸石的灰度直方 图 3系统设计 实 现 3 ． 1 硬 件设 计 双 能 射 线 检 测 模 块 的 硬 件 结 构 如 图 5所 示 图中单片机型号为 C 8 0 5 1 F 3 4 0 。 一 J 片 机 I 竺 竺H 兰 皇 竺r 图 5 双 能 7射线检测模块的硬件结构 Na I 闪烁探测器受到穿过输送带和原煤的 7射 线照射后发生光电转换 ， 经信号处理 电路处理后产 生与入射光子能量成正 比的电压脉冲信号 ， 单位 时 间内的脉冲数与该射线强度成正 比。可以通过调节 信号预处理电路中的高压电源和线性放大倍数来确 定该射线全能光电峰 的峰位 ， 进而可确定采样 区间 的上下电压阈值 ， 统计该 区间中单位时间内的脉 冲 数 目就可 以反 映 出该射 线强 度 的变化 。 煤与 矸 石 在 线 分 选 系 统 采 用 四 电 压 比 较 器 L M3 3 9 组成脉冲甄别器 ， 其电路如图 6 a 所示 。调 节滑动变阻器 R 和 R 。 来调节 U 和 U 。当 U Ui U 时 ， U。为高 电平 ， 其他情 况下 U。 均为低 电 平 图 6 b 。 将中能、 低能脉冲单道分析器输出的方波信号 分别传送 给 C 8 0 5 1 F 3 4 0的 TO和 Tl计数器 ， 根据 现场输送带的转速 、 物料粒度设定合 适的采样周期 采 样周期 由1 6 位 自动重载定 时器T2 产生 ， 可测 ％ H a 电压 甄 别 电路 b 甄 别 结 果 图 6 脉 冲甄 别器电路及结果 得输送带空转时 2种射线在 1 个采样周期 内的脉冲 计数 和 。因此 ， 只 需测 定 7 “／ 和 7 “／ 就 可 由 式 4 得 到实 际 的 K 值 K 一 二 5 I n nzo I n nz 这样 ， 如果 K值落在煤 区间， 单 片机不 向喷枪发指 令 ， 煤块落入煤通道 ； 如果 K 值落在矸石 区间， 单片 机向气阀控制 电路发送指令 ， 高压喷枪喷出气体将 矸石 喷入 矸石 通道 。 图像识别模块采用摄像头 0 V7 6 7 0 ， 采集到的图 像送人 F I F O芯片 AL 4 2 2 B缓存后再传送到单片机 ， 单片机将视频数据通过 US B送入上位机， 在上位机 的图像处理 GUI 中完成图像预处理及识别任务。 3 ． 2软 件设 计 煤与矸石在线分选 系统软件设计采用 C语言， 下位机编程 环境为 S i l i c o n L a b o r a t o r i e s I D E， 上位 机图像处 理界面采用 C语言开 发。单片机 每隔 1 0 ms 统计 1次计数器 TO和 T1的计 数值 ， 计算出 此次 K 值 ， 当输送 带 上 方 物 料 发 生 变 化 时 ， K 值 也 会发生明显变化 ， 记录此组连续 K值 。为去除物料 边缘影响， 可将数组 的前后 2个 K值 去掉 ， 再做分 析。根据分析结果判断输送带上方物料是煤、 矸石 或者无物料通过， 根据判别结果控制气阀开关 ， 完成 分选任务 。当 K 值没有落入上面 3种情况的判别 区间时， 判别权转移给图像识别模块 ， 该模块的基本 流程 如 图 7所示 。 图 7 图像识别流程 瑚 瑚 级 如 竺一 第 3 9卷 第 8期 2 O l 3年 8月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo I ． 3 9 NO ． 8 Au g．2 0 1 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 0 8 0 0 9 8 0 4 D OI 1 0 ． 7 5 2 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 2 6 钟宇． 基于 B i z Ta l k的煤矿企业异构系统集成模型研究E J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 6 9 8 1 0 1 ． 基于B i z T a l k的煤矿企业畀构系统集成模型研究 钟 宇 中煤科工集 团重庆研究院，重庆4 0 0 0 3 9 摘 要 分析 了煤矿 企 业异构 系统集成 的发展 现 状 ， 指 出 目前 采 用 的信 息 集成 方 法存 在 的 问题 数 据 仓 库 法数据 同步的 实 时性 较差 ， 中间件 法对 网络 的依 赖 性 强 、 查询 效 率低 ， 综合 集成 法对 中 间件 的依 赖性 强 、 建设 成本 高 ； 提 出了一种基 于 B i z Ta 1 k的 煤矿 企 业 异 构 系统 集 成模 型 ， 给 出 了该 集 成模 型基 于 实 时性 、 安 全性 、 一 致性 和 完整性 、 扩展 性 的设计 目标 ， 详 细介 绍 了该 集 成模 型 的整 体 架构 及 数 据 流程 。 实 际应 用表 明 ， 该 集 成模 型 满足 煤矿 企 业异构 系统 集成 平 台的建 设 需求 。 关键 词 煤 矿信 息化 ；异 构 系统 ；数据 集成 ；Bi z Ta l k；业务 流 程 ；We b服务 中 图分 类号 TD 6 7 文献 标志码 B 网络 出版 时间 2 0 1 3 0 7 2 3 1 4 2 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 3 0 7 2 3 ． 1 4 2 3 ． 0 2 6 ． h t ml Re s e a r c h o f i n t e g r a t e d mo d e l o f he t e r o ge ne o u s s ys t e m o f c o a l e n t e r p r i s e s ba s e d o n Bi z Ta l k ZH ONG Yu Ch o n g q i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e o f C CTEG，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 9 ，Ch i n a Abs t r a c t The pa p e r a na l y z e d d e v e l o p m e nt s t a t us o f h e t e r o g e ne ou s s y s t e m o f c o a l e nt e r pr i s e s， 收 稿 日期 2 0 1 3 - 0 5 2 2 。 作者简介 钟宇 1 9 7 9 ， 男 ， 重庆人 ， 工程师 ， 主要研究方向为煤矿安全监控 系统 、 有线／ 无线通信等 ， E ma i l z y l e o n e r y 1 6 3 ． c o m。 4实 验结 果分析 经模拟实验 ， 该 系统对煤与矸石的动态识别率 在 8 7 以上 ， 影响识别率 的主要因素 ① 亮度 。亮 度对煤 与矸 石 图像 的灰 度分 布 情 况 影 响较 大 ， 过低 的亮度会影响两者灰度均值之差 的大小， 降低识别 率 ， 因此 ， 应保 证摄 像机工作 在较 明亮 的环境 中。 ② 分选动作装置。即使检测装置能正确识 别煤与 矸石 ， 也不能完全保证 喷枪在做出分选动作后能准 确完成分选任务， 造成误选的因素有原煤的形状 、 大 小 、 喷枪的稳定性等 。可 以通过优化软件结构和硬 件设备来降低或消除这些因素的影响 。 5 结语 原煤洗选是煤炭生产的重要环节 ， 而煤矸分离 又是该环节的主要工作 。提出的利用双能 射线法 和 数字 图像处 理法 联合 在线 检测并 分 选煤 与矸 石 的 方法不需要水 ， 对环境没有污染 ， 检测粒度范围大 ， 根据实际情况可设置多通道 同时检测 ， 大大提高了 分选效率 ， 具有较高的实用价值 。 参考文献 E l i 梁金钢 ， 赵环帅 ， 何建新 ． 国内外选煤 技术 与装备 现状 及 发展趋势 E J ] ． 选煤 技术 ， 2 0 0 8 1 6 0 6 4 ． E 2 ] 李 志宏 ． 煤矸混合物料选择 性破碎 分选 的研 究[ D ] ． 太 原 太原理工大学 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 程光坤． 煤质在 线分析 技术应用 现状 和功能定 位分 析 I- J ] ． 热力发电 ， 2 0 0 9 ， 3 8 2 7 1 7 3 ． [ 4 ] 张朴 ， 孔力 ， 黄心汉． 基 于双能 7 射 线 的煤矸在 线识 别 模型研 究 [ J ] ． 工 业 仪 表 与 自动 化 装 置 ， 2 0 0 0 2 5 3 5 5． E 5 3 王祥瑞． 煤矿矸 石 自动 分选 中图像处理 与识别 技术 的 应用[ J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 1 2 ， 3 1 8 i 1 2 1 1 3 ． [ 6 ] 于国防 ， 邹士 威 ， 秦 聪． 图像灰度信 息在 煤矸石 自动 分 选中的应用研究F J - 1 ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 2 ， 3 8 2 3 6 3 9 ．