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智能煤流监控系统

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1、项目建设总体目标

依据能源局《煤矿智能化建设指南》和煤矿 的实际需求，应用人工智能、智能控制、物联网等技术，优化现有煤流控制系统的软硬件结构，创建矿井煤流输送系统能效优化控制模型，实现提高煤流运输的安全性和效率，为减员、增效提供技术支撑，提升矿井智能化建设水平。

2、项目建设的主要内容

根据不同矿井的实际需求，依据国家能源局及有关智能化建设和验收办法的文件要求，确定该智能煤流项目建设的主要内容如下：

1）对现有皮带集中控制系统的软硬件结构进行升级优化，使其满足智能煤流控制系统的需要。

2）实现工作面开采系统、煤仓存储系统、多级皮带运输系统、提升及装卸载系统的智能联动与能效优化管控。

3）通过对煤流运输系统各类工况的感知信息，对设备的健康状态进行评估分析、分级预警，实现用数据驱动煤流运输系统的高效、智能化管控。

4）利用AI视频技术，实现煤流量、异物、人员行为、堆煤、跑偏、撕裂的识别、抓拍和报警。 

3、综合管控系统模块化设计

本项目，把智能煤流建设的主要内容所实现的功能进行分类归纳，采用先进的模块化设计的理念，形成了智能煤流综合管控系统设计方案，具体内容建设如图1所示。

智能煤流建设模块化设计示意图

 

1. 集中控制系统升级 

目前，我国煤炭系统各矿井主运输皮带集控系统已基本实现了“远程操作、无人值守、有人巡检”的运行模式。随着人工智能、物联网、云计算等技术的发展，以及煤炭安全生产对自动化、智能化的进一步要求，现有的皮带集控系统存在一定的欠缺，已不能满足煤矿智能化建设的要求，需要按照智能化综合管控的要求升级改造。

2）智能煤流控制模块

• 全流程协同优化控制

根据煤流各个环节设备状态以及耗能机理，利用智能优化技术和动态协同控制技术，优化协调采煤工作面生产能力、煤仓存储能力、皮带运输能力和提升机运载力，实现工作面开采系统、煤仓存储系统、皮带机系统和提升系统的全流程节能高效智能联动。 

• 仓储联动

对有缓冲煤仓的皮带，可根据煤仓煤位信息，实现“有煤快运、无煤停运”的智能化运输效果。 

• 皮带智能调速

对无煤仓直接搭接的皮带，利用机器视觉和AI智能分析技术对煤流图像进行分析和处理，从而获取煤流量信息。根据煤流量的变化实时调节皮带机的运行速度，实现带式输送机的运载量与运行速度的匹配。 

 

3）煤流量识别模块

基于AI技术的煤流量识别系统主要由智能AI摄像仪、激光辅助发射器、后台数据处理计算机等组成。其中激光发射器将激光线条投射在煤流表面，AI摄像仪作为现场监控设备实时采集现场激光煤流画面，通过矿井工业网络将数据上传到地面计算机进行煤流量的实时计算，并计算结果及时反馈给调速装置。

   

 

4）、AI智能识别与报警

《煤矿智能化建设指南》中关于“智能主煤流运输系统”的建设意见指出：鼓励应用基于AI煤量智能识别、人员违规作业智能监测、大块煤/堆煤/异物识别与预警功能。本系统AI智能识别技术与煤流输送场景进行深度融合，实现皮带运输过程中转载点堆煤、皮带异物、皮带跑偏、皮带撕裂的智能监控、危险区域人员作业的智能监控，为实现智能感知、智能决策、自动执行的全矿井煤流智能运输系统。

 

  AI智能识别图例

 

5）实时自检模块

当前，主运输集控系统涉及设备较多，包括主控PLC、环网交换机、节点交换机、设备控制分站、数据采集分站、视频摄像头、地面服务器、计算机、沿线语音终端等，任何一个设备断电或者由于其他故障导致设备离线，都将影响整个主运输系统或局部功能的正常运行，甚至造成系统宕机，影响主运输系统的正常开停，造成重大损失。因此，本系统实现对控制系统主要设备的全面实时自检 。

基于以太网和现场总线通讯技术，设计采用基于ICMP协议、心跳帧、询问/应答综合监测机制，从而来实现对主运输系统多种设备的实时在线监测感知。同时，可根据实际情况播报不同的故障原因。当有设备掉电或者网络故障造成通讯中断时，系统上位机自动弹出通讯中断报警，并推送必要的报警信息到Web或手机APP监测端。

  设备在线自检界面图

 

6）智能视频联动模块

传统的视频监控系统一般都采用独立运行的模式，用户想了解现场的视频监控情况，经常需要多次拖动、调入调出才能达到想要的效果。为解决这一问题，可以通过视频系统与控制系统联动来实现，用户进行相应操作时，能够将对应的视频自动切换出来，大大提高调度人员的工作效率。

 

7）智能语音联动模块

• 沿线保护语音报警 

针对皮带沿线所用矿用语音广播进行升级改造，淘汰过去老旧只有打点、喊话功能的语音分站，采用基于以太网和CAN总线的数字式皮带沿线语音广播系统。该语音系统支持以太网技术，可现实全域广播、组播和点对点通讯，同时支持沿线保护信号接入和PLC通讯机制，依据保护动作信息，进行相应的保护动作报警广播，从而让区域内相关巡检人员获悉保护动作信息，快速到达现场进行故障排查。

• 上位机语音播报、声光提示

沿线保护动作报警语音播报，上位机与现场同步，上位机进行具体保护动作条目显示，同时进行语音播报，以方便调度人员及时快速的获悉故障信息，快速定位故障位置，从而在现场无巡查人员的情况下，及时通知相关检修人员赶赴现场，进行故障排查工作。针对皮带启停控制、急停控制等其他需求，针对性的设计预警语音，可在皮带开停时进行打点和语音预警。

• 接入矿井应急广播系统

根据煤矿智能化建设要求，皮带机道沿线必须安装语音扩播终端，同时必须可接入矿井应急广播系统，实现两套广播系统的智能联动。因此，考虑到技术可用性，对于一些已经在皮带机道安装了语音广播系统的，且满足接入矿应急广播系统的技术要求的，可联合相关厂家进行软硬件的简单改动就可进行两套系统的融合；而对于皮带机道没有语音广播系统或系统较为老旧，不符合接入矿井应急广播系统技术要求的，必须对皮带沿线语音广播终端进行更新换代，设计采用基于以太网和现场总线技术的数字式语音广播系统。

8）智能安全管理模块

保障皮带巷道、硐室、机头、转载等重点区域的人身安全，以及皮带机等相关设备的运行安全，对带式输送机的日常安全生产至关重要。因此，本系统结合皮带机道环境监测系统、人员定位系统、门禁管理等系统的相关数据，做到对主运输系统的周边环境及人员的实时监测，从而实现对煤流输送沿线的智能安全管理。

9）智能诊断分析模块

皮带机故障诊断监测模块的内容主要包括：（1）钢丝绳芯带面无损检测系统、（2）振动及温度故障监测系统、（3）红外热成像监测系统等。本方案设计采用OPC、Modbus、控件嵌入等多种协议对接方式来实现对各类故障诊断系统的接入工作，从而实现相关数据的实时读取、显示、阈值超限报警、数据分析、记录、消息推送及生成必要的原始数据报表和数据统计信息。 

   

10）大屏综合展示模块

设计基于B/S架构的矿井主运输智能煤流系统的设备运行、工艺流程信息及画面展示。可实现对各矿主运输系统的皮带搭接情况、运行状态、运行参数、给煤机状态、煤仓仓位、报警信息、健康状况等各类状态信息的综合展示。

11）设备健康综合诊断

采用B/S架构，结合现场带式输送机各类保护动作信息与皮带的运行场景，采用智能算法、专家知识库，建立以云技术为依托的主运输系统的健康状况诊断预测性运维平台。通过平台展示层的可视化大屏、PC、移动端APP等多种便捷方式为客户进行信息交互，让客户随时了解设备的运行状况，发现设备故障，客观了解残余寿命，合理准备计划维修，通过健康报告，合理安排生产。

为了保证主运输系统的正常运转，需要对整个主运输系统进行健康状况进行评估，为了保证评估的有效性，特制定本评估办法，评估办法共包含在线评估、巡检评估、管理评估三个重要指标，通过这三个指标对设备进行综合评估。