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智能煤流監(jiān)控系統(tǒng)

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1、項目建設總體目標

依據能源局《煤礦智能化建設指南》和煤礦 的實際需求，應用人工智能、智能控制、物聯網等技術，優(yōu)化現有煤流控制系統(tǒng)的軟硬件結構，創(chuàng)建礦井煤流輸送系統(tǒng)能效優(yōu)化控制模型，實現提高煤流運輸的安全性和效率，為減員、增效提供技術支撐，提升礦井智能化建設水平。

2、項目建設的主要內容

根據不同礦井的實際需求，依據國家能源局及有關智能化建設和驗收辦法的文件要求，確定該智能煤流項目建設的主要內容如下：

1）對現有皮帶集中控制系統(tǒng)的軟硬件結構進行升級優(yōu)化，使其滿足智能煤流控制系統(tǒng)的需要。

2）實現工作面開采系統(tǒng)、煤倉存儲系統(tǒng)、多級皮帶運輸系統(tǒng)、提升及裝卸載系統(tǒng)的智能聯動與能效優(yōu)化管控。

3）通過對煤流運輸系統(tǒng)各類工況的感知信息，對設備的健康狀態(tài)進行評估分析、分級預警，實現用數據驅動煤流運輸系統(tǒng)的高效、智能化管控。

4）利用AI視頻技術，實現煤流量、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)模塊化設計

本項目，把智能煤流建設的主要內容所實現的功能進行分類歸納，采用先進的模塊化設計的理念，形成了智能煤流綜合管控系統(tǒng)設計方案，具體內容建設如圖1所示。

智能煤流建設模塊化設計示意圖

1. 集中控制系統(tǒng)升級 

目前，我國煤炭系統(tǒng)各礦井主運輸皮帶集控系統(tǒng)已基本實現了“遠程操作、無人值守、有人巡檢”的運行模式。隨著人工智能、物聯網、云計算等技術的發(fā)展，以及煤炭安全生產對自動化、智能化的進一步要求，現有的皮帶集控系統(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

• 全流程協同優(yōu)化控制

根據煤流各個環(huán)節(jié)設備狀態(tài)以及耗能機理，利用智能優(yōu)化技術和動態(tài)協同控制技術，優(yōu)化協調采煤工作面生產能力、煤倉存儲能力、皮帶運輸能力和提升機運載力，實現工作面開采系統(tǒng)、煤倉存儲系統(tǒng)、皮帶機系統(tǒng)和提升系統(tǒng)的全流程節(jié)能高效智能聯動。 

• 倉儲聯動

對有緩沖煤倉的皮帶，可根據煤倉煤位信息，實現“有煤快運、無煤停運”的智能化運輸效果。 

• 皮帶智能調速

對無煤倉直接搭接的皮帶，利用機器視覺和AI智能分析技術對煤流圖像進行分析和處理，從而獲取煤流量信息。根據煤流量的變化實時調節(jié)皮帶機的運行速度，實現帶式輸送機的運載量與運行速度的匹配。 

3）煤流量識別模塊

基于AI技術的煤流量識別系統(tǒng)主要由智能AI攝像儀、激光輔助發(fā)射器、后臺數據處理計算機等組成。其中激光發(fā)射器將激光線條投射在煤流表面，AI攝像儀作為現場監(jiān)控設備實時采集現場激光煤流畫面，通過礦井工業(yè)網絡將數據上傳到地面計算機進行煤流量的實時計算，并計算結果及時反饋給調速裝置。

4）、AI智能識別與報警

《煤礦智能化建設指南》中關于“智能主煤流運輸系統(tǒng)”的建設意見指出：鼓勵應用基于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/異物識別與預警功能。本系統(tǒng)AI智能識別技術與煤流輸送場景進行深度融合，實現皮帶運輸過程中轉載點堆煤、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，為實現智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的全礦井煤流智能運輸系統(tǒng)。

  AI智能識別圖例

5）實時自檢模塊

當前，主運輸集控系統(tǒng)涉及設備較多，包括主控PLC、環(huán)網交換機、節(jié)點交換機、設備控制分站、數據采集分站、視頻攝像頭、地面服務器、計算機、沿線語音終端等，任何一個設備斷電或者由于其他故障導致設備離線，都將影響整個主運輸系統(tǒng)或局部功能的正常運行，甚至造成系統(tǒng)宕機，影響主運輸系統(tǒng)的正常開停，造成重大損失。因此，本系統(tǒng)實現對控制系統(tǒng)主要設備的全面實時自檢 。

基于以太網和現場總線通訊技術，設計采用基于ICMP協議、心跳幀、詢問/應答綜合監(jiān)測機制，從而來實現對主運輸系統(tǒng)多種設備的實時在線監(jiān)測感知。同時，可根據實際情況播報不同的故障原因。當有設備掉電或者網絡故障造成通訊中斷時，系統(tǒng)上位機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APP監(jiān)測端。

  設備在線自檢界面圖

6）智能視頻聯動模塊

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般都采用獨立運行的模式，用戶想了解現場的視頻監(jiān)控情況，經常需要多次拖動、調入調出才能達到想要的效果。為解決這一問題，可以通過視頻系統(tǒng)與控制系統(tǒng)聯動來實現，用戶進行相應操作時，能夠將對應的視頻自動切換出來，大大提高調度人員的工作效率。

7）智能語音聯動模塊

• 沿線保護語音報警 

針對皮帶沿線所用礦用語音廣播進行升級改造，淘汰過去老舊只有打點、喊話功能的語音分站，采用基于以太網和CAN總線的數字式皮帶沿線語音廣播系統(tǒng)。該語音系統(tǒng)支持以太網技術，可現實全域廣播、組播和點對點通訊，同時支持沿線保護信號接入和PLC通訊機制，依據保護動作信息，進行相應的保護動作報警廣播，從而讓區(qū)域內相關巡檢人員獲悉保護動作信息，快速到達現場進行故障排查。

• 上位機語音播報、聲光提示

沿線保護動作報警語音播報，上位機與現場同步，上位機進行具體保護動作條目顯示，同時進行語音播報，以方便調度人員及時快速的獲悉故障信息，快速定位故障位置，從而在現場無巡查人員的情況下，及時通知相關檢修人員趕赴現場，進行故障排查工作。針對皮帶啟?？刂?、急?？刂频绕渌枨?，針對性的設計預警語音，可在皮帶開停時進行打點和語音預警。

• 接入礦井應急廣播系統(tǒng)

根據煤礦智能化建設要求，皮帶機道沿線必須安裝語音擴播終端，同時必須可接入礦井應急廣播系統(tǒng)，實現兩套廣播系統(tǒng)的智能聯動。因此，考慮到技術可用性，對于一些已經在皮帶機道安裝了語音廣播系統(tǒng)的，且滿足接入礦應急廣播系統(tǒng)的技術要求的，可聯合相關廠家進行軟硬件的簡單改動就可進行兩套系統(tǒng)的融合；而對于皮帶機道沒有語音廣播系統(tǒng)或系統(tǒng)較為老舊，不符合接入礦井應急廣播系統(tǒng)技術要求的，必須對皮帶沿線語音廣播終端進行更新換代，設計采用基于以太網和現場總線技術的數字式語音廣播系統(tǒng)。

8）智能安全管理模塊

保障皮帶巷道、硐室、機頭、轉載等重點區(qū)域的人身安全，以及皮帶機等相關設備的運行安全，對帶式輸送機的日常安全生產至關重要。因此，本系統(tǒng)結合皮帶機道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、門禁管理等系統(tǒng)的相關數據，做到對主運輸系統(tǒng)的周邊環(huán)境及人員的實時監(jiān)測，從而實現對煤流輸送沿線的智能安全管理。

9）智能診斷分析模塊

皮帶機故障診斷監(jiān)測模塊的內容主要包括：（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。本方案設計采用OPC、Modbus、控件嵌入等多種協議對接方式來實現對各類故障診斷系統(tǒng)的接入工作，從而實現相關數據的實時讀取、顯示、閾值超限報警、數據分析、記錄、消息推送及生成必要的原始數據報表和數據統(tǒng)計信息。 

10）大屏綜合展示模塊

設計基于B/S架構的礦井主運輸智能煤流系統(tǒng)的設備運行、工藝流程信息及畫面展示?？蓪崿F對各礦主運輸系統(tǒng)的皮帶搭接情況、運行狀態(tài)、運行參數、給煤機狀態(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）設備健康綜合診斷

采用B/S架構，結合現場帶式輸送機各類保護動作信息與皮帶的運行場景，采用智能算法、專家知識庫，建立以云技術為依托的主運輸系統(tǒng)的健康狀況診斷預測性運維平臺。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行信息交互，讓客戶隨時了解設備的運行狀況，發(fā)現設備故障，客觀了解殘余壽命，合理準備計劃維修，通過健康報告，合理安排生產。

為了保證主運輸系統(tǒng)的正常運轉，需要對整個主運輸系統(tǒng)進行健康狀況進行評估，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，通過這三個指標對設備進行綜合評估。