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智能煤流監控系統

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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，優化現有煤流控制系統的軟硬件結構，創建礦井煤流輸送系統能效優化控制模型，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的軟硬件結構進行升級優化，使其滿足智能煤流控制系統的需要。

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

3）通過對煤流運輸系統各類工況的感知信息，對設備的健康狀態進行評估分析、分級預警，實現用數據驅動煤流運輸系統的高效、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. 集中控制系統升級 

目前，我國煤炭系統各礦井主運輸皮帶集控系統已基本實現了“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

• 全流程協同優化控制

根據煤流各個環節設備狀態以及耗能機理，利用智能優化技術和動態協同控制技術，優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、煤倉存儲系統、皮帶機系統和提升系統的全流程節能高效智能聯動。 

• 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主要由智能AI攝像儀、激光輔助發射器、后臺數據處理計算機等組成。其中激光發射器將激光線條投射在煤流表面，AI攝像儀作為現場監控設備實時采集現場激光煤流畫面，通過礦井工業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”的建設意見指出：鼓勵應用基于AI煤量智能識別、人員違規作業智能監測、大塊煤/堆煤/異物識別與預警功能。本系統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、皮帶撕裂的智能監控、危險區域人員作業的智能監控，為實現智能感知、智能決策、自動執行的全礦井煤流智能運輸系統。

  AI智能識別圖例

5）實時自檢模塊

當前，主運輸集控系統涉及設備較多，包括主控PLC、環網交換機、節點交換機、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或局部功能的正常運行，甚至造成系統宕機，影響主運輸系統的正常開停，造成重大損失。因此，本系統實現對控制系統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/應答綜合監測機制，從而來實現對主運輸系統多種設備的實時在線監測感知。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監測端。

  設備在線自檢界面圖

6）智能視頻聯動模塊

傳統的視頻監控系統一般都采用獨立運行的模式，用戶想了解現場的視頻監控情況，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，可以通過視頻系統與控制系統聯動來實現，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。該語音系統支持以太網技術，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?？刂啤⒓蓖？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

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，實現兩套廣播系統的智能聯動。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的，且滿足接入礦應急廣播系統的技術要求的，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的融合；而對于皮帶機道沒有語音廣播系統或系統較為老舊，不符合接入礦井應急廣播系統技術要求的，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。

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，本系統結合皮帶機道環境監測系統、人員定位系統、門禁管理等系統的相關數據，做到對主運輸系統的周邊環境及人員的實時監測，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

皮帶機故障診斷監測模塊的內容主要包括：（1）鋼絲繩芯帶面無損檢測系統、（2）振動及溫度故障監測系統、（3）紅外熱成像監測系統等。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的設備運行、工藝流程信息及畫面展示。可實現對各礦主運輸系統的皮帶搭接情況、運行狀態、運行參數、給煤機狀態、煤倉倉位、報警信息、健康狀況等各類狀態信息的綜合展示。

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的正常運轉，需要對整個主運輸系統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。