導(dǎo)語(yǔ)：煤倉(cāng)煤場(chǎng)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(tái)推薦的《智慧倉(cāng)儲(chǔ)無(wú)人值守系統(tǒng)研究與應(yīng)用》，通過(guò)分析煤倉(cāng)煤場(chǎng)工作特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用智能測(cè)量、圖像識(shí)別、智能管控、智能巡檢等軟硬件系統(tǒng)，形成智慧倉(cāng)儲(chǔ)無(wú)人值守系統(tǒng)。通過(guò)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(jìn)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(shì)的必由之路，“智慧倉(cāng)儲(chǔ)無(wú)人值守系統(tǒng)的研究與應(yīng)用”項(xiàng)目也是當(dāng)前煤礦行業(yè)研究的重點(diǎn)方向之一，且在國(guó)內(nèi)智慧礦山領(lǐng)域還屬空白；為了填補(bǔ)此項(xiàng)空白，研發(fā)并解決了筒倉(cāng)料位在線精準(zhǔn)測(cè)量卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)，并形成專利產(chǎn)品——智能煤位計(jì)。
二、研發(fā)背景
目前國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)筒倉(cāng)料位計(jì)的測(cè)倉(cāng)方式有雷達(dá)、激光、超聲波3D影像、聲吶、重錘等等，都屬于模糊測(cè)倉(cāng)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(cāng)內(nèi)煤塵大，影響雷達(dá)探測(cè)；倉(cāng)內(nèi)水氣大，影響激光測(cè)量；入倉(cāng)物料粒度跨度大，影響3D影像測(cè)量；入倉(cāng)聲音雜亂，影響聲吶測(cè)量；重錘料位計(jì)易埋錘斷繩。
2.生產(chǎn)期間采集的倉(cāng)位數(shù)據(jù)（曲線）跳躍幅度大，與實(shí)際倉(cāng)位不符，不能根據(jù)實(shí)際倉(cāng)位指導(dǎo)生產(chǎn)和安排車(chē)輛運(yùn)輸，經(jīng)常出現(xiàn)車(chē)輛等待裝載的現(xiàn)象，浪費(fèi)車(chē)皮資源。
3.設(shè)備出現(xiàn)故障，維修不及時(shí)工，會(huì)增加后續(xù)設(shè)備空轉(zhuǎn)磨損及電耗。
4.單點(diǎn)入料多點(diǎn)卸料時(shí)：?jiǎn)谓M給煤機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致某個(gè)點(diǎn)位長(zhǎng)時(shí)間低倉(cāng)位或空倉(cāng)運(yùn)行（砸倉(cāng)底），而下游皮帶經(jīng)常出現(xiàn)大馬拉小車(chē)現(xiàn)象（降低產(chǎn)量、浪費(fèi)能耗、增加設(shè)備磨損）。
5.多點(diǎn)入料多點(diǎn)卸料時(shí)：由于種種原因經(jīng)常是單點(diǎn)入料，導(dǎo)致末煤堆積、塊煤滑向低點(diǎn)位，若此時(shí)出料時(shí)剛好開(kāi)啟的是低點(diǎn)位給煤機(jī)，出料全是塊煤，下游破碎機(jī)工作負(fù)荷增大，易發(fā)生破碎機(jī)壓死現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。
三、研究?jī)?nèi)容
1.系統(tǒng)基本組成
智慧倉(cāng)儲(chǔ)無(wú)人值守系統(tǒng)由料位終端傳感器（智能測(cè)倉(cāng)儀）、水煤圖像識(shí)別防爆攝像頭、激光煤流（速）檢測(cè)儀和巡檢機(jī)器人等主要部件組成。
2.技術(shù)方案
解決多點(diǎn)陣均衡入倉(cāng)、智能配煤、斷煤流與水煤的圖像識(shí)別、防潰倉(cāng)和筒倉(cāng)煤位精確監(jiān)測(cè)等難題；根據(jù)使用方的需求進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)、算法開(kāi)發(fā)、多點(diǎn)陣接觸式煤位計(jì)傳感器自組網(wǎng)技術(shù)、控制軟件開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品測(cè)試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等幾個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)上下游設(shè)備的智能控制。
3.技術(shù)研究
1）均衡入倉(cāng)技術(shù)
（1）依據(jù)自主研發(fā)的接觸式煤位計(jì)（智能測(cè)倉(cāng)儀）實(shí)時(shí)在線采集精確的倉(cāng)位數(shù)據(jù)，生產(chǎn)期間煤位誤差±5mm；
在線精確測(cè)量
智能測(cè)倉(cāng)儀
（2）依據(jù)多點(diǎn)陣測(cè)量原理，安裝多點(diǎn)陣接觸式煤位計(jì)（智能測(cè)倉(cāng)儀）與自組網(wǎng)技術(shù)；
多點(diǎn)陣自組網(wǎng)
（3）軟件部分：通過(guò)對(duì)每個(gè)筒倉(cāng)6～8個(gè)點(diǎn)陣傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，構(gòu)建煤位點(diǎn)陣數(shù)據(jù)庫(kù)；
（4）使用4G+5G物聯(lián)網(wǎng)透?jìng)髂K，從倉(cāng)上到配電室免布線，降低工程造價(jià)，減少施工勞動(dòng)量，縮短施工改造周期；
（5）搭載了智控云手機(jī)APP軟件。
2)智控功能技術(shù)
在煤倉(cāng)上安裝接觸式測(cè)倉(cāng)儀，實(shí)現(xiàn)依據(jù)多點(diǎn)精確測(cè)量組網(wǎng)技術(shù)的智能控制。
（1）多點(diǎn)位入料時(shí)根據(jù)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)位的高低自動(dòng)灌倉(cāng)，達(dá)到塊煤、末煤、倉(cāng)位值均衡的效果，即：低點(diǎn)位入料，高點(diǎn)位停止，各點(diǎn)位循環(huán)往復(fù)，倉(cāng)滿自動(dòng)停止上級(jí)皮帶（預(yù)留點(diǎn)位），低倉(cāng)位允許開(kāi)機(jī)灌倉(cāng)；
（2）多臺(tái)給煤機(jī)出料時(shí)依據(jù)高點(diǎn)位啟動(dòng)倉(cāng)下給煤機(jī)，低點(diǎn)位（≦3m）停止此給煤機(jī)并自動(dòng)切換到其他同煤種高點(diǎn)位的給煤機(jī)繼續(xù)出料，保證下游皮帶的正常帶煤量、防止低倉(cāng)位砸倉(cāng)底和因拉空倉(cāng)導(dǎo)致潰倉(cāng)事故的發(fā)生。
（3）搭載了自主研發(fā)的手機(jī)APP，無(wú)需專門(mén)巡檢設(shè)備；設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維修工在收到手機(jī)APP推送的報(bào)警信息（故障點(diǎn)精準(zhǔn)判斷）時(shí)，第一時(shí)間帶上工具及所需配件趕往現(xiàn)場(chǎng)處理問(wèn)題，縮短了維修時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，真正實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化減人和無(wú)人值守的目的。
（4）根據(jù)煤位點(diǎn)陣數(shù)據(jù)庫(kù)，指導(dǎo)生產(chǎn)和安排車(chē)皮運(yùn)輸。
4.斷煤流與水煤的圖像識(shí)別技術(shù)
1)技術(shù)總成
斷煤流與水煤的圖像識(shí)別監(jiān)測(cè)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(cāng)下給煤機(jī)出料口溜槽上方；防爆攝像頭安裝在倉(cāng)下給煤機(jī)出料口上方可視范圍廣的地點(diǎn)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較暗時(shí)，可配置補(bǔ)光燈，對(duì)給煤機(jī)出料口的水煤、堵倉(cāng)、蓬倉(cāng)和正常煤流狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視。
倉(cāng)下給煤機(jī)
2）硬件功能研究
（1）依據(jù)倉(cāng)下給煤機(jī)出料口安裝的煤量監(jiān)測(cè)裝置（激光傳感器）對(duì)給煤機(jī)出料口煤的流速進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)監(jiān)測(cè)到倉(cāng)下某一給煤機(jī)出料口煤的流速過(guò)快時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備（給煤機(jī)或閘板），抑制潰倉(cāng)事故的發(fā)生，同時(shí)打開(kāi)相同煤種高點(diǎn)位的給煤機(jī)繼續(xù)出料，保證正常生產(chǎn)；并報(bào)警提示該給煤機(jī)有潰倉(cāng)跡象，提醒崗位工做好防范應(yīng)對(duì)措施。
（2）煤量監(jiān)測(cè)裝置（激光傳感器）監(jiān)測(cè)到倉(cāng)下某一給煤機(jī)出料口的煤流稀少時(shí)，自動(dòng)加大該給煤機(jī)的頻率或控制閘板開(kāi)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(bào)警提示該給煤機(jī)溜槽發(fā)生卡堵現(xiàn)象，提醒人工處理，同時(shí)打開(kāi)相同煤種高點(diǎn)位的給煤機(jī)繼續(xù)出料，保證正常生產(chǎn)。
（3）水煤圖像識(shí)別系統(tǒng)（防爆攝像頭）對(duì)水煤、堵倉(cāng)、蓬倉(cāng)和正常煤流現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)控；依據(jù)水煤圖像識(shí)別技術(shù)及邊緣計(jì)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(cāng)的前兆）＞正常煤流速為0.2m/s＜下料溜槽卡異物或蓬倉(cāng)，達(dá)到杜絕潰倉(cāng)和智能排除蓬倉(cāng)、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(shí)別軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控倉(cāng)下給煤機(jī)出料口煤的流速，綜合分析當(dāng)前煤流量等級(jí)，得出結(jié)論控制變頻式給煤機(jī)的運(yùn)行速度（或開(kāi)關(guān)狀態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)煤量流速過(guò)快或煤流稀少等狀態(tài)時(shí)，通過(guò)4G+5G無(wú)線透?jìng)髂K把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC站或智控模塊，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，在上位機(jī)處或手機(jī)APP報(bào)警提示，并進(jìn)行異常狀態(tài)自動(dòng)處理，配合防爆攝像頭實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)抑制潰倉(cāng)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(cè)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(jī)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(cè)裝置激光傳感器和皮帶秤安裝在倉(cāng)下皮帶機(jī)中部位置，減少動(dòng)態(tài)測(cè)量對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)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(shí)煤截面面積，單位為cm2，主控器輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)；
（2）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（自動(dòng)獲取零點(diǎn)基準(zhǔn)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(hào)；
（7）配置參數(shù)錯(cuò)誤報(bào)送；
（8）密碼功能；
（9）自動(dòng)稱量顯示瞬時(shí)流量和累計(jì)量 ；
（10）完善的實(shí)物標(biāo)定和檢驗(yàn)功能 ；
（11）方便有效的掛碼、鏈碼標(biāo)定和檢驗(yàn)功能 ；
（12）可鍵控和定時(shí)打印功能；
（13）零點(diǎn)自動(dòng)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(shí)帶煤量的數(shù)據(jù)，運(yùn)用倉(cāng)下皮帶上安裝的煤量監(jiān)測(cè)裝置（激光傳感器）+皮帶秤的數(shù)據(jù)，智能調(diào)整給煤機(jī)的頻率來(lái)對(duì)瞬時(shí)帶煤量進(jìn)行微調(diào)，控制各煤種的單一煤種帶煤量。
（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控倉(cāng)下皮帶輸送機(jī)上的順煤流煤量大小，綜合分析當(dāng)前煤流量等級(jí)，得出結(jié)論控制皮帶輸送機(jī)（或變頻式給煤機(jī)）的運(yùn)行速度，使設(shè)備達(dá)到降低能耗，綠色運(yùn)輸?shù)墓δ堋?
（3）當(dāng)激光傳感器檢測(cè)到該皮帶來(lái)煤時(shí)，對(duì)單臺(tái)給煤機(jī)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(jī)器人監(jiān)測(cè)
1）技術(shù)總成
（1）皮帶巡檢機(jī)器人監(jiān)測(cè)裝置主要包括礦用皮帶巡檢裝置主機(jī)、礦用無(wú)線通訊基站、礦用隔爆兼本安型充電樁、調(diào)度上位機(jī)軟件和運(yùn)行軌道。設(shè)備整體分布如下圖所示：
礦用皮帶巡檢主機(jī)及通訊基站
礦用隔爆兼本安型充電樁
軟件方案拓?fù)鋱D如下：
皮帶巡檢機(jī)器人群管理平臺(tái)
皮帶巡檢機(jī)器人監(jiān)控平臺(tái)
（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(jī)構(gòu)、機(jī)器人動(dòng)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(jī)器人安裝在倉(cāng)下給煤機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)上方的運(yùn)行軌道上自動(dòng)往復(fù)移動(dòng)，輔助“智慧倉(cāng)儲(chǔ)無(wú)人值守系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與采集的內(nèi)容如下：
（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)下給煤機(jī)的運(yùn)行狀況等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障就地報(bào)警。同時(shí)，所采集的數(shù)據(jù)與報(bào)警數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線基站網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和手機(jī)APP上，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控或?qū)＜抑笇?dǎo)維修設(shè)備的目的。
（2）實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境溫度和設(shè)備表面溫度，超限報(bào)警。
（3）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯、煤塵等環(huán)境氣體濃度，超限報(bào)警。
（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶起火、起煙等異常報(bào)警。
（5）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)皮帶出現(xiàn)跑偏狀態(tài)時(shí)，將采集狀態(tài)信息傳輸?shù)窖矙z機(jī)器人采集模塊中，機(jī)器人根據(jù)跑偏故障等級(jí)，選擇遠(yuǎn)程提示、遠(yuǎn)程報(bào)警、就地停機(jī)報(bào)警等處置措施。
（6）巡檢機(jī)器人實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)聲音狀態(tài)，后臺(tái)分析，并形成音頻波形，根據(jù)后臺(tái)音頻數(shù)據(jù)庫(kù)判定故障隱患，提示告警。
3）硬件功能
行走機(jī)構(gòu)、動(dòng)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(jì)、后臺(tái)自學(xué)習(xí)算法開(kāi)發(fā)。
4）軟件功能
視頻監(jiān)測(cè)功能、環(huán)境監(jiān)測(cè)功能、故障識(shí)別功能。
5）巡檢裝置自檢測(cè)功能
（1）巡檢機(jī)器人采用鋰電池供電，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身電量狀態(tài)并上傳電池電量信息，當(dāng)監(jiān)測(cè)到電池電量低于自保護(hù)極限值時(shí)，機(jī)器人會(huì)停止巡檢工作，返回就近充電站充電。
（2）巡檢機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)行走電機(jī)狀態(tài)、位置信息和各傳感器參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)告警。
（3）巡檢機(jī)器人可在探測(cè)到行走方向指定距離范圍內(nèi)的障礙物時(shí)，主動(dòng)剎車(chē)避障。
（4）巡檢機(jī)器人具有自動(dòng)巡檢和人員手動(dòng)操作功能，手動(dòng)操作級(jí)別高于自動(dòng)巡檢。在手動(dòng)運(yùn)行模式下，機(jī)器人可以調(diào)速運(yùn)動(dòng)，接近目標(biāo)地；自動(dòng)工作方式時(shí)，機(jī)器人可按照預(yù)先設(shè)定速度自動(dòng)行走。
（5）巡檢機(jī)器人具有主動(dòng)查驗(yàn)故障功能。例如，當(dāng)皮帶保護(hù)發(fā)生故障時(shí)，將故障信號(hào)傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人將會(huì)到相應(yīng)的位置，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并上傳。
（6）巡檢機(jī)器人具有與現(xiàn)場(chǎng)噴霧等設(shè)備聯(lián)動(dòng)功能。到達(dá)噴霧位置時(shí)，噴霧設(shè)備停止噴霧，離開(kāi)噴霧位置時(shí)，噴霧設(shè)備開(kāi)始噴霧。
（7）巡檢機(jī)器人在自動(dòng)巡檢狀態(tài)下，每日可巡檢3～5次。
四、應(yīng)用效果
1.經(jīng)濟(jì)效益
某礦實(shí)施該無(wú)人值守系統(tǒng)后，大減少了潰倉(cāng)、壓皮帶和壓破碎機(jī)次數(shù)，每年節(jié)約費(fèi)用110余萬(wàn)元。
2.社會(huì)效益
該系統(tǒng)投入使用后，縮短了下游皮帶運(yùn)行時(shí)間，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了粉塵、噪音對(duì)職工身體造成的傷害。通過(guò)與系統(tǒng)電控融合，提高系統(tǒng)可靠度，減少了事故停機(jī)時(shí)間，改善了工作環(huán)境，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率；同時(shí)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(zhǔn)體系，強(qiáng)化和完善底層實(shí)用技術(shù)無(wú)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(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)手機(jī)APP對(duì)上下游設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)集中監(jiān)控，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高了測(cè)倉(cāng)精度，為推動(dòng)選煤廠信息化和智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。對(duì)煤炭行業(yè)及其他類似礦山實(shí)現(xiàn)筒倉(cāng)倉(cāng)位在線精確檢測(cè)具有重要借鑒意義和廣闊的推廣前景。
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