關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

導(dǎo)語：煤倉煤場管理是煤炭企業(yè)日常管理的重要環(huán)節(jié)。本期轉(zhuǎn)化果平臺推薦的《智慧倉儲無人值守系統(tǒng)研究與應(yīng)用》，通過分析煤倉煤場工作特點，開發(fā)應(yīng)用智能測量、圖像識別、智能管控、智能巡檢等軟硬件系統(tǒng)，形成智慧倉儲無人值守系統(tǒng)。通過應(yīng)用取得了良好的效果。歡迎致電400-1817-969垂詢！

一、前言

推進數(shù)字化、智能化礦井轉(zhuǎn)型，是煤炭企業(yè)順應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的必由之路，“智慧倉儲無人值守系統(tǒng)的研究與應(yīng)用”項目也是當(dāng)前煤礦行業(yè)研究的重點方向之一，且在國內(nèi)智慧礦山領(lǐng)域還屬空白；為了填補此項空白，研發(fā)并解決了筒倉料位在線精準測量卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)，并形成專利產(chǎn)品——智能煤位計。

二、研發(fā)背景

目前國內(nèi)外傳統(tǒng)筒倉料位計的測倉方式有雷達、激光、超聲波3D影像、聲吶、重錘等等，都屬于模糊測倉范疇，精度不高，具體表現(xiàn)為：

1.抗干擾能力弱，生產(chǎn)期間倉內(nèi)煤塵大，影響雷達探測；倉內(nèi)水氣大，影響激光測量；入倉物料粒度跨度大，影響3D影像測量；入倉聲音雜亂，影響聲吶測量；重錘料位計易埋錘斷繩。

2.生產(chǎn)期間采集的倉位數(shù)據(jù)（曲線）跳躍幅度大，與實際倉位不符，不能根據(jù)實際倉位指導(dǎo)生產(chǎn)和安排車輛運輸，經(jīng)常出現(xiàn)車輛等待裝載的現(xiàn)象，浪費車皮資源。

3.設(shè)備出現(xiàn)故障，維修不及時工，會增加后續(xù)設(shè)備空轉(zhuǎn)磨損及電耗。

4.單點入料多點卸料時：單組給煤機長時間運行，導(dǎo)致某個點位長時間低倉位或空倉運行（砸倉底），而下游皮帶經(jīng)常出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象（降低產(chǎn)量、浪費能耗、增加設(shè)備磨損）。

5.多點入料多點卸料時：由于種種原因經(jīng)常是單點入料，導(dǎo)致末煤堆積、塊煤滑向低點位，若此時出料時剛好開啟的是低點位給煤機，出料全是塊煤，下游破碎機工作負荷增大，易發(fā)生破碎機壓死現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。

三、研究內(nèi)容

1.系統(tǒng)基本組成

智慧倉儲無人值守系統(tǒng)由料位終端傳感器（智能測倉儀）、水煤圖像識別防爆攝像頭、激光煤流（速）檢測儀和巡檢機器人等主要部件組成。

2.技術(shù)方案

解決多點陣均衡入倉、智能配煤、斷煤流與水煤的圖像識別、防潰倉和筒倉煤位精確監(jiān)測等難題；根據(jù)使用方的需求進行工藝設(shè)計、平臺軟件設(shè)計、算法開發(fā)、多點陣接觸式煤位計傳感器自組網(wǎng)技術(shù)、控制軟件開發(fā)、產(chǎn)品測試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等幾個步驟來實現(xiàn)上下游設(shè)備的智能控制。

3.技術(shù)研究

1）均衡入倉技術(shù)

（1）依據(jù)自主研發(fā)的接觸式煤位計（智能測倉儀）實時在線采集精確的倉位數(shù)據(jù)，生產(chǎn)期間煤位誤差±5mm；

 在線精確測量  

智能測倉儀

（2）依據(jù)多點陣測量原理，安裝多點陣接觸式煤位計（智能測倉儀）與自組網(wǎng)技術(shù)；

多點陣自組網(wǎng)

（3）軟件部分：通過對每個筒倉6～8個點陣傳感器數(shù)據(jù)進行融合分析，構(gòu)建煤位點陣數(shù)據(jù)庫；

（4）使用4G+5G物聯(lián)網(wǎng)透傳模塊，從倉上到配電室免布線，降低工程造價，減少施工勞動量，縮短施工改造周期；

（5）搭載了智控云手機APP軟件。

2)智控功能技術(shù)

在煤倉上安裝接觸式測倉儀，實現(xiàn)依據(jù)多點精確測量組網(wǎng)技術(shù)的智能控制。

（1）多點位入料時根據(jù)各個測量點位的高低自動灌倉，達到塊煤、末煤、倉位值均衡的效果，即：低點位入料，高點位停止，各點位循環(huán)往復(fù)，倉滿自動停止上級皮帶（預(yù)留點位），低倉位允許開機灌倉；

（2）多臺給煤機出料時依據(jù)高點位啟動倉下給煤機，低點位（≦3m）停止此給煤機并自動切換到其他同煤種高點位的給煤機繼續(xù)出料，保證下游皮帶的正常帶煤量、防止低倉位砸倉底和因拉空倉導(dǎo)致潰倉事故的發(fā)生。

（3）搭載了自主研發(fā)的手機APP，無需專門巡檢設(shè)備；設(shè)備發(fā)生故障時，維修工在收到手機APP推送的報警信息（故障點精準判斷）時，第一時間帶上工具及所需配件趕往現(xiàn)場處理問題，縮短了維修時間，提高了生產(chǎn)效率，真正實現(xiàn)了自動化減人和無人值守的目的。

（4）根據(jù)煤位點陣數(shù)據(jù)庫，指導(dǎo)生產(chǎn)和安排車皮運輸。

4.斷煤流與水煤的圖像識別技術(shù)

1)技術(shù)總成 

斷煤流與水煤的圖像識別監(jiān)測裝置主要包括電源、主控器、顯示屏、激光傳感器、防爆攝像頭及安裝附件組成。

激光傳感器安裝在倉下給煤機出料口溜槽上方；防爆攝像頭安裝在倉下給煤機出料口上方可視范圍廣的地點，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境較暗時，可配置補光燈，對給煤機出料口的水煤、堵倉、蓬倉和正常煤流狀態(tài)進行現(xiàn)場監(jiān)視。

 倉下給煤機

2）硬件功能研究

（1）依據(jù)倉下給煤機出料口安裝的煤量監(jiān)測裝置（激光傳感器）對給煤機出料口煤的流速進行監(jiān)控；當(dāng)監(jiān)測到倉下某一給煤機出料口煤的流速過快時，自動關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備（給煤機或閘板），抑制潰倉事故的發(fā)生，同時打開相同煤種高點位的給煤機繼續(xù)出料，保證正常生產(chǎn)；并報警提示該給煤機有潰倉跡象，提醒崗位工做好防范應(yīng)對措施。

（2）煤量監(jiān)測裝置（激光傳感器）監(jiān)測到倉下某一給煤機出料口的煤流稀少時，自動加大該給煤機的頻率或控制閘板開關(guān)（擾亂溜槽卡堵現(xiàn)象）如執(zhí)行三次還排除不了故障，將報警提示該給煤機溜槽發(fā)生卡堵現(xiàn)象，提醒人工處理，同時打開相同煤種高點位的給煤機繼續(xù)出料，保證正常生產(chǎn)。

（3）水煤圖像識別系統(tǒng)（防爆攝像頭）對水煤、堵倉、蓬倉和正常煤流現(xiàn)象進行監(jiān)控；依據(jù)水煤圖像識別技術(shù)及邊緣計算，正常煤流呈松散狀，異常為泥石流狀或者泥乎乎狀；水煤（潰倉的前兆）＞正常煤流速為0.2m/s＜下料溜槽卡異物或蓬倉，達到杜絕潰倉和智能排除蓬倉、下料溜槽卡異物現(xiàn)象，并為PLC站或智控模塊提供技術(shù)參數(shù)。

3）軟件智控功能研究

斷煤流與水煤的圖像識別軟件實時監(jiān)控倉下給煤機出料口煤的流速，綜合分析當(dāng)前煤流量等級，得出結(jié)論控制變頻式給煤機的運行速度（或開關(guān)狀態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)煤量流速過快或煤流稀少等狀態(tài)時，通過4G+5G無線透傳模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC站或智控模塊，進行邏輯運算，在上位機處或手機APP報警提示，并進行異常狀態(tài)自動處理，配合防爆攝像頭實時查看現(xiàn)場，實現(xiàn)抑制潰倉事故的發(fā)生，保證正常生產(chǎn)的功能。

5.智能配煤研究

1）技術(shù)總成

（1）皮帶煤量監(jiān)測裝置主要包括電源、主控器、顯示屏和激光傳感器及安裝附件組成；

（2）電子皮帶秤主要由：雙機械秤架、稱重傳感器、速度傳感器、稱重顯示控制儀表、壁掛儀表柜、供橋箱以及安裝附件組成。

煤量監(jiān)測裝置激光傳感器和皮帶秤安裝在倉下皮帶機中部位置，減少動態(tài)測量對檢測準確性的影響。

激光傳感安裝位置

  皮帶秤安裝位置

2）硬件功能

（1）系統(tǒng)屏幕顯示瞬時煤截面面積，單位為cm2，主控器輸出開關(guān)量信號；

（2）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（自動獲取零點基準值）；

（3）煤量區(qū)段上下限設(shè)定；

（4）傳感器與皮帶距離初始值設(shè)定；

（5）安裝傳感器的數(shù)量設(shè)定；

（6）輸出七路繼電器信號；

（7）配置參數(shù)錯誤報送；

（8）密碼功能；

（9）自動稱量顯示瞬時流量和累計量 ；

（10）完善的實物標(biāo)定和檢驗功能 ；

（11）方便有效的掛碼、鏈碼標(biāo)定和檢驗功能 ；

（12）可鍵控和定時打印功能；

（13）零點自動跟蹤功能。

3）軟件智控功能

（1）根據(jù)調(diào)度配洗比例和瞬時帶煤量的數(shù)據(jù)，運用倉下皮帶上安裝的煤量監(jiān)測裝置（激光傳感器）+皮帶秤的數(shù)據(jù)，智能調(diào)整給煤機的頻率來對瞬時帶煤量進行微調(diào)，控制各煤種的單一煤種帶煤量。

（2）實時監(jiān)控倉下皮帶輸送機上的順煤流煤量大小，綜合分析當(dāng)前煤流量等級，得出結(jié)論控制皮帶輸送機（或變頻式給煤機）的運行速度，使設(shè)備達到降低能耗，綠色運輸?shù)墓δ堋?

（3）當(dāng)激光傳感器檢測到該皮帶來煤時，對單臺給煤機的出料粗調(diào)和發(fā)生堵溜槽現(xiàn)象提供技術(shù)參數(shù)。

6.皮帶巡檢機器人監(jiān)測

1）技術(shù)總成

（1）皮帶巡檢機器人監(jiān)測裝置主要包括礦用皮帶巡檢裝置主機、礦用無線通訊基站、礦用隔爆兼本安型充電樁、調(diào)度上位機軟件和運行軌道。設(shè)備整體分布如下圖所示：

 礦用皮帶巡檢主機及通訊基站

礦用隔爆兼本安型充電樁

軟件方案拓撲圖如下：

 皮帶巡檢機器人群管理平臺

皮帶巡檢機器人監(jiān)控平臺

（2）礦用皮帶巡檢裝置的主要內(nèi)容與核心技術(shù)包括：行走機構(gòu)、機器人動力系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

2）監(jiān)控功能

礦用皮帶巡檢機器人安裝在倉下給煤機和皮帶運輸機上方的運行軌道上自動往復(fù)移動，輔助“智慧倉儲無人值守系統(tǒng)實時監(jiān)控與采集的內(nèi)容如下：

（1）實時監(jiān)測倉下給煤機的運行狀況等各項數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障就地報警。同時，所采集的數(shù)據(jù)與報警數(shù)據(jù)通過無線基站網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和手機APP上，達到遠程監(jiān)控或?qū)＜抑笇?dǎo)維修設(shè)備的目的。

（2）實時檢測環(huán)境溫度和設(shè)備表面溫度，超限報警。

（3）實時監(jiān)測瓦斯、煤塵等環(huán)境氣體濃度，超限報警。

（4）實時監(jiān)測皮帶起火、起煙等異常報警。

（5）實時監(jiān)測皮帶出現(xiàn)跑偏狀態(tài)時，將采集狀態(tài)信息傳輸?shù)窖矙z機器人采集模塊中，機器人根據(jù)跑偏故障等級，選擇遠程提示、遠程報警、就地停機報警等處置措施。

（6）巡檢機器人實時采集現(xiàn)場聲音狀態(tài)，后臺分析，并形成音頻波形，根據(jù)后臺音頻數(shù)據(jù)庫判定故障隱患，提示告警。

3）硬件功能

行走機構(gòu)、動力系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)研究、自主充電設(shè)備設(shè)計、后臺自學(xué)習(xí)算法開發(fā)。

4）軟件功能

視頻監(jiān)測功能、環(huán)境監(jiān)測功能、故障識別功能。

5）巡檢裝置自檢測功能

（1）巡檢機器人采用鋰電池供電，可實時監(jiān)測自身電量狀態(tài)并上傳電池電量信息，當(dāng)監(jiān)測到電池電量低于自保護極限值時，機器人會停止巡檢工作，返回就近充電站充電。

（2）巡檢機器人實時監(jiān)測行走電機狀態(tài)、位置信息和各傳感器參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時告警。

（3）巡檢機器人可在探測到行走方向指定距離范圍內(nèi)的障礙物時，主動剎車避障。

（4）巡檢機器人具有自動巡檢和人員手動操作功能，手動操作級別高于自動巡檢。在手動運行模式下，機器人可以調(diào)速運動，接近目標(biāo)地；自動工作方式時，機器人可按照預(yù)先設(shè)定速度自動行走。

（5）巡檢機器人具有主動查驗故障功能。例如，當(dāng)皮帶保護發(fā)生故障時，將故障信號傳遞給機器人，機器人將會到相應(yīng)的位置，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并上傳。

（6）巡檢機器人具有與現(xiàn)場噴霧等設(shè)備聯(lián)動功能。到達噴霧位置時，噴霧設(shè)備停止噴霧，離開噴霧位置時，噴霧設(shè)備開始噴霧。

（7）巡檢機器人在自動巡檢狀態(tài)下，每日可巡檢3～5次。

四、應(yīng)用效果

1.經(jīng)濟效益

某礦實施該無人值守系統(tǒng)后，大減少了潰倉、壓皮帶和壓破碎機次數(shù)，每年節(jié)約費用110余萬元。

2.社會效益

該系統(tǒng)投入使用后，縮短了下游皮帶運行時間，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了粉塵、噪音對職工身體造成的傷害。通過與系統(tǒng)電控融合，提高系統(tǒng)可靠度，減少了事故停機時間，改善了工作環(huán)境，提高了勞動生產(chǎn)率；同時減少了操作崗位工，節(jié)減了工資成本。

五、推廣應(yīng)用前景

煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，建立健全煤礦智能化標(biāo)準體系，強化和完善底層實用技術(shù)無人化系統(tǒng)是煤礦智能化建設(shè)的必經(jīng)之路。

在本產(chǎn)品的實際應(yīng)用中，通過手機APP對上下游設(shè)備運行狀態(tài)集中監(jiān)控，降低了工人勞動強度和生產(chǎn)成本，提高了測倉精度，為推動選煤廠信息化和智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。對煤炭行業(yè)及其他類似礦山實現(xiàn)筒倉倉位在線精確檢測具有重要借鑒意義和廣闊的推廣前景。