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智能煤流監(jiān)控系統(tǒng)
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1、項(xiàng)目建設(shè)總體目標(biāo)
依據(jù)能源局《煤礦智能化建設(shè)指南》和煤礦 的實(shí)際需求，應(yīng)用人工智能、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，優(yōu)化現(xiàn)有煤流控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建礦井煤流輸送系統(tǒng)能效優(yōu)化控制模型，實(shí)現(xiàn)提高煤流運(yùn)輸?shù)陌踩院托?，為減員、增效提供技術(shù)支撐，提升礦井智能化建設(shè)水平。
2、項(xiàng)目建設(shè)的主要內(nèi)容
根據(jù)不同礦井的實(shí)際需求，依據(jù)國(guó)家能源局及有關(guān)智能化建設(shè)和驗(yàn)收辦法的文件要求，確定該智能煤流項(xiàng)目建設(shè)的主要內(nèi)容如下：
1）對(duì)現(xiàn)有皮帶集中控制系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，使其滿足智能煤流控制系統(tǒng)的需要。
2）實(shí)現(xiàn)工作面開(kāi)采系統(tǒng)、煤倉(cāng)存儲(chǔ)系統(tǒng)、多級(jí)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、提升及裝卸載系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)與能效優(yōu)化管控。
3）通過(guò)對(duì)煤流運(yùn)輸系統(tǒng)各類工況的感知信息，對(duì)設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估分析、分級(jí)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)煤流運(yùn)輸系統(tǒng)的高效、智能化管控。
4）利用AI視頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤流量、異物、人員行為、堆煤、跑偏、撕裂的識(shí)別、抓拍和報(bào)警。
3、綜合管控系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目，把智能煤流建設(shè)的主要內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行分類歸納，采用先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)的理念，形成了智能煤流綜合管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，具體內(nèi)容建設(shè)如圖1所示。
智能煤流建設(shè)模塊化設(shè)計(jì)示意圖
- 集中控制系統(tǒng)升級(jí)
目前，我國(guó)煤炭系統(tǒng)各礦井主運(yùn)輸皮帶集控系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)了“遠(yuǎn)程操作、無(wú)人值守、有人巡檢”的運(yùn)行模式。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，以及煤炭安全生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)化、智能化的進(jìn)一步要求，現(xiàn)有的皮帶集控系統(tǒng)存在一定的欠缺，已不能滿足煤礦智能化建設(shè)的要求，需要按照智能化綜合管控的要求升級(jí)改造。
2）智能煤流控制模塊
- 全流程協(xié)同優(yōu)化控制
根據(jù)煤流各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備狀態(tài)以及耗能機(jī)理，利用智能優(yōu)化技術(shù)和動(dòng)態(tài)協(xié)同控制技術(shù)，優(yōu)化協(xié)調(diào)采煤工作面生產(chǎn)能力、煤倉(cāng)存儲(chǔ)能力、皮帶運(yùn)輸能力和提升機(jī)運(yùn)載力，實(shí)現(xiàn)工作面開(kāi)采系統(tǒng)、煤倉(cāng)存儲(chǔ)系統(tǒng)、皮帶機(jī)系統(tǒng)和提升系統(tǒng)的全流程節(jié)能高效智能聯(lián)動(dòng)。
- 倉(cāng)儲(chǔ)聯(lián)動(dòng)
對(duì)有緩沖煤倉(cāng)的皮帶，可根據(jù)煤倉(cāng)煤位信息，實(shí)現(xiàn)“有煤快運(yùn)、無(wú)煤停運(yùn)”的智能化運(yùn)輸效果。
- 皮帶智能調(diào)速
對(duì)無(wú)煤倉(cāng)直接搭接的皮帶，利用機(jī)器視覺(jué)和AI智能分析技術(shù)對(duì)煤流圖像進(jìn)行分析和處理，從而獲取煤流量信息。根據(jù)煤流量的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)皮帶機(jī)的運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的運(yùn)載量與運(yùn)行速度的匹配。
3）煤流量識(shí)別模塊
基于AI技術(shù)的煤流量識(shí)別系統(tǒng)主要由智能AI攝像儀、激光輔助發(fā)射器、后臺(tái)數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)等組成。其中激光發(fā)射器將激光線條投射在煤流表面，AI攝像儀作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)激光煤流畫(huà)面，通過(guò)礦井工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到地面計(jì)算機(jī)進(jìn)行煤流量的實(shí)時(shí)計(jì)算，并計(jì)算結(jié)果及時(shí)反饋給調(diào)速裝置。
4）、AI智能識(shí)別與報(bào)警
《煤礦智能化建設(shè)指南》中關(guān)于“智能主煤流運(yùn)輸系統(tǒng)”的建設(shè)意見(jiàn)指出：鼓勵(lì)應(yīng)用基于AI煤量智能識(shí)別、人員違規(guī)作業(yè)智能監(jiān)測(cè)、大塊煤/堆煤/異物識(shí)別與預(yù)警功能。本系統(tǒng)AI智能識(shí)別技術(shù)與煤流輸送場(chǎng)景進(jìn)行深度融合，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸過(guò)程中轉(zhuǎn)載點(diǎn)堆煤、皮帶異物、皮帶跑偏、皮帶撕裂的智能監(jiān)控、危險(xiǎn)區(qū)域人員作業(yè)的智能監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)智能感知、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的全礦井煤流智能運(yùn)輸系統(tǒng)。
AI智能識(shí)別圖例
5）實(shí)時(shí)自檢模塊
當(dāng)前，主運(yùn)輸集控系統(tǒng)涉及設(shè)備較多，包括主控PLC、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、節(jié)點(diǎn)交換機(jī)、設(shè)備控制分站、數(shù)據(jù)采集分站、視頻攝像頭、地面服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、沿線語(yǔ)音終端等，任何一個(gè)設(shè)備斷電或者由于其他故障導(dǎo)致設(shè)備離線，都將影響整個(gè)主運(yùn)輸系統(tǒng)或局部功能的正常運(yùn)行，甚至造成系統(tǒng)宕機(jī)，影響主運(yùn)輸系統(tǒng)的正常開(kāi)停，造成重大損失。因此，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)主要設(shè)備的全面實(shí)時(shí)自檢 。
基于以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)采用基于ICMP協(xié)議、心跳幀、詢問(wèn)/應(yīng)答綜合監(jiān)測(cè)機(jī)制，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主運(yùn)輸系統(tǒng)多種設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)感知。同時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況播報(bào)不同的故障原因。當(dāng)有設(shè)備掉電或者網(wǎng)絡(luò)故障造成通訊中斷時(shí)，系統(tǒng)上位機(jī)自動(dòng)彈出通訊中斷報(bào)警，并推送必要的報(bào)警信息到Web或手機(jī)APP監(jiān)測(cè)端。
設(shè)備在線自檢界面圖
6）智能視頻聯(lián)動(dòng)模塊
傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般都采用獨(dú)立運(yùn)行的模式，用戶想了解現(xiàn)場(chǎng)的視頻監(jiān)控情況，經(jīng)常需要多次拖動(dòng)、調(diào)入調(diào)出才能達(dá)到想要的效果。為解決這一問(wèn)題，可以通過(guò)視頻系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶進(jìn)行相應(yīng)操作時(shí)，能夠?qū)?duì)應(yīng)的視頻自動(dòng)切換出來(lái)，大大提高調(diào)度人員的工作效率。
7）智能語(yǔ)音聯(lián)動(dòng)模塊
- 沿線保護(hù)語(yǔ)音報(bào)警
針對(duì)皮帶沿線所用礦用語(yǔ)音廣播進(jìn)行升級(jí)改造，淘汰過(guò)去老舊只有打點(diǎn)、喊話功能的語(yǔ)音分站，采用基于以太網(wǎng)和CAN總線的數(shù)字式皮帶沿線語(yǔ)音廣播系統(tǒng)。該語(yǔ)音系統(tǒng)支持以太網(wǎng)技術(shù)，可現(xiàn)實(shí)全域廣播、組播和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，同時(shí)支持沿線保護(hù)信號(hào)接入和PLC通訊機(jī)制，依據(jù)保護(hù)動(dòng)作信息，進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作報(bào)警廣播，從而讓區(qū)域內(nèi)相關(guān)巡檢人員獲悉保護(hù)動(dòng)作信息，快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查。
- 上位機(jī)語(yǔ)音播報(bào)、聲光提示
沿線保護(hù)動(dòng)作報(bào)警語(yǔ)音播報(bào)，上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)同步，上位機(jī)進(jìn)行具體保護(hù)動(dòng)作條目顯示，同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，以方便調(diào)度人員及時(shí)快速的獲悉故障信息，快速定位故障位置，從而在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)巡查人員的情況下，及時(shí)通知相關(guān)檢修人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行故障排查工作。針對(duì)皮帶啟停控制、急?？刂频绕渌枨?，針對(duì)性的設(shè)計(jì)預(yù)警語(yǔ)音，可在皮帶開(kāi)停時(shí)進(jìn)行打點(diǎn)和語(yǔ)音預(yù)警。
- 接入礦井應(yīng)急廣播系統(tǒng)
根據(jù)煤礦智能化建設(shè)要求，皮帶機(jī)道沿線必須安裝語(yǔ)音擴(kuò)播終端，同時(shí)必須可接入礦井應(yīng)急廣播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩套廣播系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)。因此，考慮到技術(shù)可用性，對(duì)于一些已經(jīng)在皮帶機(jī)道安裝了語(yǔ)音廣播系統(tǒng)的，且滿足接入礦應(yīng)急廣播系統(tǒng)的技術(shù)要求的，可聯(lián)合相關(guān)廠家進(jìn)行軟硬件的簡(jiǎn)單改動(dòng)就可進(jìn)行兩套系統(tǒng)的融合；而對(duì)于皮帶機(jī)道沒(méi)有語(yǔ)音廣播系統(tǒng)或系統(tǒng)較為老舊，不符合接入礦井應(yīng)急廣播系統(tǒng)技術(shù)要求的，必須對(duì)皮帶沿線語(yǔ)音廣播終端進(jìn)行更新?lián)Q代，設(shè)計(jì)采用基于以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的數(shù)字式語(yǔ)音廣播系統(tǒng)。
8）智能安全管理模塊
保障皮帶巷道、硐室、機(jī)頭、轉(zhuǎn)載等重點(diǎn)區(qū)域的人身安全，以及皮帶機(jī)等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行安全，對(duì)帶式輸送機(jī)的日常安全生產(chǎn)至關(guān)重要。因此，本系統(tǒng)結(jié)合皮帶機(jī)道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、門禁管理等系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，做到對(duì)主運(yùn)輸系統(tǒng)的周邊環(huán)境及人員的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤流輸送沿線的智能安全管理。
9）智能診斷分析模塊
皮帶機(jī)故障診斷監(jiān)測(cè)模塊的內(nèi)容主要包括：（1）鋼絲繩芯帶面無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)、（2）振動(dòng)及溫度故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、（3）紅外熱成像監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。本方案設(shè)計(jì)采用OPC、Modbus、控件嵌入等多種協(xié)議對(duì)接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類故障診斷系統(tǒng)的接入工作，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取、顯示、閾值超限報(bào)警、數(shù)據(jù)分析、記錄、消息推送及生成必要的原始數(shù)據(jù)報(bào)表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)信息。
10）大屏綜合展示模塊
設(shè)計(jì)基于B/S架構(gòu)的礦井主運(yùn)輸智能煤流系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行、工藝流程信息及畫(huà)面展示?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)各礦主運(yùn)輸系統(tǒng)的皮帶搭接情況、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、給煤機(jī)狀態(tài)、煤倉(cāng)倉(cāng)位、報(bào)警信息、健康狀況等各類狀態(tài)信息的綜合展示。
11）設(shè)備健康綜合診斷
采用B/S架構(gòu)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)帶式輸送機(jī)各類保護(hù)動(dòng)作信息與皮帶的運(yùn)行場(chǎng)景，采用智能算法、專家知識(shí)庫(kù)，建立以云技術(shù)為依托的主運(yùn)輸系統(tǒng)的健康狀況診斷預(yù)測(cè)性運(yùn)維平臺(tái)。通過(guò)平臺(tái)展示層的可視化大屏、PC、移動(dòng)端APP等多種便捷方式為客戶進(jìn)行信息交互，讓客戶隨時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，客觀了解殘余壽命，合理準(zhǔn)備計(jì)劃維修，通過(guò)健康報(bào)告，合理安排生產(chǎn)。
為了保證主運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要對(duì)整個(gè)主運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行健康狀況進(jìn)行評(píng)估，為了保證評(píng)估的有效性，特制定本評(píng)估辦法，評(píng)估辦法共包含在線評(píng)估、巡檢評(píng)估、管理評(píng)估三個(gè)重要指標(biāo)，通過(guò)這三個(gè)指標(biāo)對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合評(píng)估。
