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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)陌踩院托剩瑸闇p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)工作面開采系統(tǒng)、煤倉存儲系統(tǒng)、多級皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)、提升及裝卸載系統(tǒng)的智能聯(lián)動與能效優(yōu)化管控。
3）通過對煤流運(yùn)輸系統(tǒng)各類工況的感知信息，對設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行評估分析、分級預(yù)警，實(shí)現(xiàn)用數(shù)據(jù)驅(qū)動煤流運(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、撕裂的識別、抓拍和報警。
3、綜合管控系統(tǒng)模塊化設(shè)計
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)計的理念，形成了智能煤流綜合管控系統(tǒng)設(shè)計方案，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)計示意圖
- 集中控制系統(tǒng)升級
目前，我國煤炭系統(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)、云計算等技術(shù)的發(fā)展，以及煤炭安全生產(chǎn)對自動化、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、煤倉存儲能力、皮帶運(yùn)輸能力和提升機(jī)運(yùn)載力，實(shí)現(xiàn)工作面開采系統(tǒng)、煤倉存儲系統(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。
- 倉儲聯(lián)動
對有緩沖煤倉的皮帶，可根據(jù)煤倉煤位信息，實(shí)現(xiàn)“有煤快運(yùn)、無煤停運(yùn)”的智能化運(yùn)輸效果。
- 皮帶智能調(diào)速
對無煤倉直接搭接的皮帶，利用機(jī)器視覺和AI智能分析技術(shù)對煤流圖像進(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）煤流量識別模塊
基于AI技術(shù)的煤流量識別系統(tǒng)主要由智能AI攝像儀、激光輔助發(fā)射器、后臺數(shù)據(jù)處理計算機(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)場監(jiān)控設(shè)備實(shí)時采集現(xiàn)場激光煤流畫面，通過礦井工業(yè)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到地面計算機(jī)進(jìn)行煤流量的實(shí)時計算，并計算結(jié)果及時反饋給調(diào)速裝置。
4）、AI智能識別與報警
《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)意見指出：鼓勵應(yīng)用基于AI煤量智能識別、人員違規(guī)作業(yè)智能監(jiān)測、大塊煤/堆煤/異物識別與預(yù)警功能。本系統(tǒng)AI智能識別技術(shù)與煤流輸送場景進(jìn)行深度融合，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)輸過程中轉(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、自動執(zhí)行的全礦井煤流智能運(yùn)輸系統(tǒng)。
AI智能識別圖例
5）實(shí)時自檢模塊
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、計算機(jī)、沿線語音終端等，任何一個設(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)的正常開停，造成重大損失。因此，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)主要設(shè)備的全面實(shí)時自檢 。
基于以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，設(shè)計采用基于ICMP協(xié)議、心跳幀、詢問/應(yīng)答綜合監(jiān)測機(jī)制，從而來實(shí)現(xiàn)對主運(yùn)輸系統(tǒng)多種設(shè)備的實(shí)時在線監(jiān)測感知。同時，可根據(jù)實(shí)際情況播報不同的故障原因。當(dāng)有設(shè)備掉電或者網(wǎng)絡(luò)故障造成通訊中斷時，系統(tǒng)上位機(jī)自動彈出通訊中斷報警，并推送必要的報警信息到Web或手機(jī)APP監(jiān)測端。
設(shè)備在線自檢界面圖
6）智能視頻聯(lián)動模塊
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)場的視頻監(jiān)控情況，經(jīng)常需要多次拖動、調(diào)入調(diào)出才能達(dá)到想要的效果。為解決這一問題，可以通過視頻系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯(lián)動來實(shí)現(xiàn)，用戶進(jìn)行相應(yīng)操作時，能夠?qū)?yīng)的視頻自動切換出來，大大提高調(diào)度人員的工作效率。
7）智能語音聯(lián)動模塊
- 沿線保護(hù)語音報警
針對皮帶沿線所用礦用語音廣播進(jìn)行升級改造，淘汰過去老舊只有打點(diǎn)、喊話功能的語音分站，采用基于以太網(wǎng)和CAN總線的數(shù)字式皮帶沿線語音廣播系統(tǒng)。該語音系統(tǒng)支持以太網(wǎng)技術(shù)，可現(xiàn)實(shí)全域廣播、組播和點(diǎn)對點(diǎn)通訊，同時支持沿線保護(hù)信號接入和PLC通訊機(jī)制，依據(jù)保護(hù)動作信息，進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)動作報警廣播，從而讓區(qū)域內(nèi)相關(guān)巡檢人員獲悉保護(hù)動作信息，快速到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行故障排查。
- 上位機(jī)語音播報、聲光提示
沿線保護(hù)動作報警語音播報，上位機(jī)與現(xiàn)場同步，上位機(jī)進(jìn)行具體保護(hù)動作條目顯示，同時進(jìn)行語音播報，以方便調(diào)度人員及時快速的獲悉故障信息，快速定位故障位置，從而在現(xiàn)場無巡查人員的情況下，及時通知相關(guān)檢修人員趕赴現(xiàn)場，進(jìn)行故障排查工作。針對皮帶啟?？刂?、急?？刂频绕渌枨?，針對性的設(shè)計預(yù)警語音，可在皮帶開停時進(jìn)行打點(diǎn)和語音預(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)道沿線必須安裝語音擴(kuò)播終端，同時必須可接入礦井應(yīng)急廣播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)兩套廣播系統(tǒng)的智能聯(lián)動。因此，考慮到技術(shù)可用性，對于一些已經(jīng)在皮帶機(jī)道安裝了語音廣播系統(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)行軟硬件的簡單改動就可進(jìn)行兩套系統(tǒng)的融合；而對于皮帶機(jī)道沒有語音廣播系統(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，必須對皮帶沿線語音廣播終端進(jìn)行更新?lián)Q代，設(shè)計采用基于以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)字式語音廣播系統(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)，做到對主運(yùn)輸系統(tǒng)的周邊環(huán)境及人員的實(shí)時監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對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)測模塊的內(nèi)容主要包括：（1）鋼絲繩芯帶面無損檢測系統(tǒng)、（2）振動及溫度故障監(jiān)測系統(tǒng)、（3）紅外熱成像監(jiān)測系統(tǒng)等。本方案設(shè)計采用OPC、Modbus、控件嵌入等多種協(xié)議對接方式來實(shí)現(xiàn)對各類故障診斷系統(tǒng)的接入工作，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時讀取、顯示、閾值超限報警、數(shù)據(jù)分析、記錄、消息推送及生成必要的原始數(shù)據(jù)報表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息。
10）大屏綜合展示模塊
設(shè)計基于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、工藝流程信息及畫面展示?？蓪?shí)現(xiàn)對各礦主運(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)、煤倉倉位、報警信息、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)場帶式輸送機(jī)各類保護(hù)動作信息與皮帶的運(yùn)行場景，采用智能算法、專家知識庫，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)測性運(yùn)維平臺。通過平臺展示層的可視化大屏、PC、移動端APP等多種便捷方式為客戶進(jìn)行信息交互，讓客戶隨時了解設(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)備計劃維修，通過健康報告，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)，需要對整個主運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行健康狀況進(jìn)行評估，為了保證評估的有效性，特制定本評估辦法，評估辦法共包含在線評估、巡檢評估、管理評估三個重要指標(biāo)，通過這三個指標(biāo)對設(shè)備進(jìn)行綜合評估。
