王玉福

（開(kāi)灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司，河北 唐山 063018）

0 引 言

隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、人工智能（Artifical Intelligent，AI）、機(jī)器視覺(jué)等先進(jìn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于機(jī)器視覺(jué)、變頻器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、巡檢機(jī)器人和長(zhǎng)距離通信等技術(shù)的礦井運(yùn)輸皮帶集中控制系統(tǒng)已經(jīng)成為煤礦企業(yè)的智能化生產(chǎn)環(huán)節(jié)中建設(shè)的重要環(huán)節(jié)[1]。

主運(yùn)集控系統(tǒng)將皮帶控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、AI視頻監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地融合到一起，按要求定制最優(yōu)化的皮帶機(jī)啟動(dòng)方式。系統(tǒng)對(duì)皮帶的控制信號(hào)、傳感器信號(hào)等進(jìn)行采集、處理，控制皮帶設(shè)備的運(yùn)行，通過(guò)太網(wǎng)接口與上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、集中處理，上位系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、模擬顯示、故障報(bào)警等功能。

1 建設(shè)需求

主運(yùn)集控系統(tǒng)建設(shè)需求如下所述。

（1）系統(tǒng)保護(hù)功能齊全、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）配置合理、節(jié)能控制技術(shù)先進(jìn)、維護(hù)簡(jiǎn)單易行。

（2）將皮帶控制、皮帶保護(hù)、無(wú)線通信、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)有機(jī)融合，能夠根據(jù)煤流大小、方向、煤倉(cāng)煤位進(jìn)行煤流均衡自動(dòng)控制，順煤流啟動(dòng)、逆煤流停止，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和遠(yuǎn)控功能。

（3）實(shí)現(xiàn)“有煤開(kāi)車(chē)、無(wú)煤停車(chē)”。

（4）根據(jù)料流傳感器的反饋信號(hào)，運(yùn)用變頻器技術(shù)實(shí)現(xiàn)“煤多快轉(zhuǎn)、煤少慢轉(zhuǎn)”，提高工作效率，減少皮帶的機(jī)械磨損，節(jié)省電能。

（5）實(shí)現(xiàn)減員增效，只需留下少量的巡檢人員。

（6）配置有效的設(shè)備保護(hù)，減少事故發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

（7）與綜合智能管控平臺(tái)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制。

（8）與供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、智能AI系統(tǒng)等融合聯(lián)動(dòng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按智能化建設(shè)要求，主運(yùn)皮帶智能化控制系統(tǒng)通過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)接入綜合智能管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，融合聯(lián)動(dòng)。在地面集控中心設(shè)置皮帶遠(yuǎn)程集控平臺(tái)，與綜合智能管控平臺(tái)對(duì)接，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行工況，實(shí)時(shí)顯示堆煤、煙霧、縱撕、跑偏、自動(dòng)灑水、安全監(jiān)測(cè)、人員定位以及電機(jī)工況等信息，具備信息存儲(chǔ)、展示、查詢(xún)、管理、統(tǒng)計(jì)以及打印等功能[2]。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并能執(zhí)行遠(yuǎn)程控制操作。集控平臺(tái)上根據(jù)操作需求能夠顯示環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、相關(guān)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的預(yù)警信息，有助于管理人員執(zhí)行相應(yīng)的操作，實(shí)現(xiàn)井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)、智能控制、保護(hù)顯示及報(bào)警、視頻聯(lián)動(dòng)、音頻聯(lián)動(dòng)、機(jī)器人巡檢與沿線通話以及故障檢測(cè)等功能。對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制時(shí)，對(duì)皮帶的運(yùn)行狀態(tài)、電機(jī)電壓、電流等運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具備超限報(bào)警功能。給煤機(jī)加裝控制模塊，自動(dòng)控制給煤量，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制[3]。

2.1 智能化集控設(shè)置

本設(shè)計(jì)中皮帶智能化集控系統(tǒng)能夠接入綜合智能管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)皮帶集控系統(tǒng)與安全生產(chǎn)中的安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、供水監(jiān)控系統(tǒng)、供電自動(dòng)化系統(tǒng)、智能AI系統(tǒng)等充分融合，實(shí)現(xiàn)全面感知、數(shù)據(jù)共享、設(shè)備實(shí)時(shí)協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制。

2.1.1 地面集控室

集控系統(tǒng)在地面集控中心設(shè)置監(jiān)控工控機(jī)運(yùn)行上位機(jī)監(jiān)控軟件，對(duì)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于綜合智能管控平臺(tái)的遠(yuǎn)程集中控制。平臺(tái)具備遠(yuǎn)程操作皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)功能，并集中在線監(jiān)測(cè)皮帶工況參數(shù)，具有分析與報(bào)警功能，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可進(jìn)行存儲(chǔ)、展示、查詢(xún)、管理，提供圖表、統(tǒng)計(jì)、信息打印輸出以及保護(hù)試驗(yàn)功能等功能。系統(tǒng)各畫(huà)面內(nèi)容充實(shí)，功能區(qū)域劃分合理、方便操作，設(shè)備、設(shè)施采用圖形化方式展現(xiàn)，圖形簡(jiǎn)單大方，能夠形象地反應(yīng)各設(shè)備、設(shè)施狀況[4]。

2.1.2 皮帶運(yùn)輸機(jī)控制

在帶式輸送機(jī)機(jī)頭分別設(shè)置PLC防爆箱、控制臺(tái)各1臺(tái)，防爆箱采用立式快開(kāi)門(mén)結(jié)構(gòu)，方便現(xiàn)場(chǎng)維修。電控系統(tǒng)控制核心采用西門(mén)子公司PLC，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)據(jù)及狀態(tài)，控制變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)皮帶的運(yùn)行速度，達(dá)到根據(jù)皮帶運(yùn)送煤炭的有無(wú)、多少來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶節(jié)能運(yùn)行的目的?？刂葡漕A(yù)留以太網(wǎng)接口，可以與上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、集中處理。上位系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、模擬顯示、故障報(bào)警等功能，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的就地控制和遠(yuǎn)程集中控制。

控制系統(tǒng)采用數(shù)字通信技術(shù)、智能控制技術(shù)、終端感知技術(shù)、智能視頻識(shí)別技術(shù)以及信息推送等多種新技術(shù)融為一體，對(duì)礦井帶式輸送機(jī)及其配套設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、綜合保護(hù)和優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)智能保護(hù)（包括打滑/超速、急停、人員保護(hù)等）、智能控制、智能聯(lián)動(dòng)、智能調(diào)速，實(shí)現(xiàn)煤流運(yùn)輸?shù)臒o(wú)人化，提高煤礦的智能化水平和運(yùn)營(yíng)管理水平，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)人值守[5]。

2.1.3 傳感器

針對(duì)皮帶距離較長(zhǎng)情況，拉線急停需要加裝中繼電源。分別在機(jī)頭機(jī)尾的煤倉(cāng)各安裝礦用本安型雷達(dá)物位傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)煤倉(cāng)煤位。

通過(guò)檢測(cè)安裝在皮帶的受料點(diǎn)附近的料流圖像識(shí)別裝置信號(hào)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶上的煤量的大小，通過(guò)與變頻器配合使用可實(shí)現(xiàn)物料大小與皮帶速度實(shí)時(shí)在線調(diào)速的功能。

通過(guò)檢測(cè)安裝在皮帶受料點(diǎn)附近的礦用輸送帶縱向撕裂圖像識(shí)別報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)視頻分析功能。當(dāng)監(jiān)控主機(jī)檢測(cè)到輸送機(jī)表面劃傷、縱撕等故障時(shí)，能立刻語(yǔ)音報(bào)警，并輸出報(bào)警信號(hào)，保證皮帶運(yùn)行[6]。

2.2 智能AI

皮帶機(jī)頭、機(jī)尾或給煤機(jī)處安裝視覺(jué)設(shè)備（視覺(jué)堆煤、視覺(jué)縱撕、視覺(jué)料流、視覺(jué)異物以及水煤檢測(cè)等），安裝不同的位置可起到不同的作用。

在輸送機(jī)的上方安裝有礦用攝像儀及激光發(fā)射器，礦用攝像儀實(shí)時(shí)采集皮帶圖像，利用三維重建技術(shù)實(shí)時(shí)構(gòu)建皮帶載荷體積變化，利用結(jié)構(gòu)光立體視覺(jué)方法使用標(biāo)準(zhǔn)的光柵條紋結(jié)構(gòu)（激光）光投射到物體表面，投影光條跟隨物體表面形狀的起伏而發(fā)生變化，攝像機(jī)拍攝物體表面圖像，從被物體表面形狀所調(diào)制了的條紋模式中，提取出物體的三維體積，然后經(jīng)軟件處理運(yùn)算后得出當(dāng)前皮帶上物料體積，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤流的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

2.3 巡檢機(jī)器人

按預(yù)設(shè)巡檢路線對(duì)相關(guān)區(qū)域、設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行巡檢，對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)施情況、設(shè)備工況等信息進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化篩選、分析，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境、設(shè)施異常情況和設(shè)備故障的診斷、預(yù)警等功能。機(jī)器人通過(guò)各種傳感器實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的圖像、聲音、煙霧等信息，上傳到集控中心，監(jiān)測(cè)到異常工況時(shí)自動(dòng)預(yù)警，并顯示預(yù)警內(nèi)容。在皮帶巷適當(dāng)位置加裝巡檢機(jī)器人充電電源，根據(jù)自身電量情況，實(shí)現(xiàn)自主充電或換電功能。

2.4 系統(tǒng)融合

增加定位分站，分別在皮帶機(jī)頭、機(jī)尾的位置增加定位分站，實(shí)時(shí)顯示進(jìn)入機(jī)頭和機(jī)尾的人員信息。調(diào)用供水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)了解滅塵用水的供應(yīng)及供水壓力情況，實(shí)現(xiàn)供水中斷自動(dòng)報(bào)警。調(diào)用安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在控制主界面上顯示實(shí)時(shí)的甲烷、溫度等信息。

2.5 長(zhǎng)距離通信

應(yīng)用井下皮帶長(zhǎng)距離通信專(zhuān)用裝置，將沿線RS485通信改為CANopen通信、延長(zhǎng)通信距離、縮短通信時(shí)間。每千米加裝數(shù)據(jù)中繼裝置，有效解決長(zhǎng)距離皮帶通信受限問(wèn)題。

3 主要功能

3.1 視頻聯(lián)動(dòng)功能

皮帶運(yùn)輸沿線搭接點(diǎn)、裝載點(diǎn)安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行相應(yīng)操作時(shí)，能夠?qū)?duì)應(yīng)的視頻信號(hào)自動(dòng)在集控上位機(jī)監(jiān)視畫(huà)面彈窗顯示，同時(shí)也可以將相應(yīng)視頻圖像自動(dòng)投放到監(jiān)控拼接大屏，支持場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、預(yù)置位聯(lián)動(dòng)、隨動(dòng)聯(lián)動(dòng)等多種聯(lián)動(dòng)方式[7]。

3.2 語(yǔ)音聯(lián)動(dòng)功能

實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控室與井下皮帶沿線直接語(yǔ)音通話、廣播等功能，支持全域廣播、組播和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、SD卡語(yǔ)音播放、在線語(yǔ)音播放。布設(shè)在井下皮帶巷的音箱具備區(qū)域擴(kuò)播功能，可以直接與地面監(jiān)控室語(yǔ)音通信。系統(tǒng)啟動(dòng)、保護(hù)動(dòng)作時(shí)監(jiān)控上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)同步播報(bào)，具體到故障皮帶名稱(chēng)、故障類(lèi)型、故障識(shí)別號(hào)信息。

3.3 故障分析功能

集控系統(tǒng)能自動(dòng)判斷停車(chē)原因，包括電機(jī)保護(hù)故障停車(chē)、皮帶保護(hù)故障停車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)停車(chē)、閉鎖停車(chē)、集控停車(chē)、自動(dòng)停車(chē)、流程停車(chē)以及系統(tǒng)急停等。電機(jī)保護(hù)故障能具體到故障原因，皮帶保護(hù)故障具體到故障的位置[8]。

3.4 記錄統(tǒng)計(jì)及報(bào)表功能

具備運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)與查詢(xún)、運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)與查詢(xún)、操作記錄統(tǒng)計(jì)與查詢(xún)、故障記錄統(tǒng)計(jì)與查詢(xún)、歷史記錄查詢(xún)等功能，各種記錄查詢(xún)內(nèi)容以excel表格形式顯示，可以直接導(dǎo)出保存或打印，各種記錄存儲(chǔ)時(shí)間保留不少于一年[9]。

3.5 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能

集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、視頻傳輸通過(guò)集控平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)組件，能實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC、觸摸屏、服務(wù)器、攝像儀等接入設(shè)備網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)有設(shè)備掉電或者網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，集控平臺(tái)能自動(dòng)彈出報(bào)警[10]。

4 結(jié) 論

智能化皮帶集控設(shè)計(jì)整體解決方案將皮帶控制系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)地融合到一起，具有保護(hù)功能齊全、拖動(dòng)技術(shù)先進(jìn)、整個(gè)系統(tǒng)節(jié)能、設(shè)備無(wú)功損耗最低、所需操作維護(hù)人員最少的優(yōu)勢(shì)，為煤礦用戶(hù)減員增效、節(jié)能降耗和確保生產(chǎn)安全奠定穩(wěn)固的基礎(chǔ)。

系統(tǒng)接入礦井綜合智能管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全面感知、數(shù)據(jù)共享、設(shè)備實(shí)時(shí)協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制，為智慧礦山的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。