基于无人驾驶技术的煤样转运系统应用研究.pdf

第 卷第 期煤 质 技 术 年 月 移动阅读肖鹏飞，刘志杰，谢敏，等 基于无人驾驶技术的煤样转运系统应用研究 煤质技术，（）：，（）：基于无人驾驶技术的煤样转运系统应用研究肖鹏飞，刘志杰，谢 敏，曹 鹏，郭启贤，谭锦智，喻 斌（长沙开元仪器有限公司，湖南 长沙；国家能源集团永州发电有限公司，湖南 永州）摘 要：电厂传统的煤样转运需要人工参与搬运且面临着煤样转运时间长、效率低、转运过程不可控、样品安全性与保密性不高等问题，为实现燃料智能化系统中煤样安全、快速、高效的运输，基于无人驾驶技术的高效智能煤样转运系统应用研究很有必要。从智能无人车转运系统的组成与结构两大部分介绍智能无人车转运系统设计，同时阐述智能无人车转运系统的车辆调度，并归纳无人车转运系统的主要特点。运用无人驾驶小车作为煤样输送载体，设计小车内部用于样品进出的输送设备以及采样、制样、存样系统中的装卸车平台，开发远端管控系统与无人车调度系统以实现原煤样、分析煤样在采制样系统与样品存储系统之间的安全、快速、大批量的自动传输，真正实现无人化作业，为无人驾驶技术在燃料智能化行业的应用与推广奠定基础。无人驾驶技术在燃料智能化系统中的应用研究表明：智能无人车转运系统全程无人参与并可实现 不间断作业，大幅提升转运能力；转运过程的需求响应快、对接时间短、转运效率高；转运过程车辆参数、车辆行驶路径与轨迹、环境影像、车内影像等信息实时采集与存储，样品安全性高；装车与卸车站点设置灵活，能满足原煤样品与分析样品的大批量、远距离输送。关键词：煤样转运系统；无人驾驶技术；燃料智能化；样品安全性；自动传输；远端管控系统；调度系统；对接时间中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：责任编辑：何毅聪 ：基金项目：国家重点研发计划专项资助项目（）作者简介：肖鹏飞（），男，湖南衡阳人，高级工程师、硕士，主要从事燃料智能化设备的研发工作。：，（，；，）：，：，煤 质 技 术 年第 卷 ，；，；，；，：；引 言煤炭采制化系统主要包括采样、制样、转运、存储、化验等环节，其中样品转运是整个系统不可或缺的环节。样品转运分为 种类型，种是原煤样品的转运，即是将采样设备经过采样、破碎、缩分、分矿后的原煤样送至制样系统；另 种是分析样品的转运，是将制样设备制成的分析、存查以及全水样品送至存储系统。目前，采制样间相隔较远的长距离原煤样转运主要通过三轮车或厢式货车并由人工参与的方式进行转运，面临着煤样转运时间长、效率低、煤样转运过程不可控、样品安全性与保密性不高等问题。制样后的分析样品主要通过气力输送设备进行传输，对于制样量大、分析样品数量多的情况，气送设备输送效率难以满足。当制样设备与存储设备距离相隔较远时，气送设备的输送能力也难以完成样品的输送任务。因此，如何设计 种智能化程度高、效率高、大批量、安全保密的煤样转运方式，成为燃料智能化行业一直在探索的重点课程之一。张仲焘等提出了 种基于 定位的智能转运小车的样品转运方案，通过在箱式货车上配置车载控制主机以及远程监控终端，配合 以及视频监控等传感设备实现厢式货车行驶路径规划、异常报警、视频监控等功能，以保证样品转运过程安全。该方案中箱式货车采用人员驾驶，同时车辆在装卸车站点需要人为对接设备。凌君安等在关于燃料智能化管控中原煤样传输模式的研究中，阐述了 种轨道小车转运系统，煤样桶装入轨道小车上，轨道小车沿预先架设好的轨道上行驶，以实现煤样转运。该转运方案中轨道路径固定，当存在多个采样点与制样点时，需额外增加轨道路径，单次运输 个煤样桶。凌君安等介绍了 种用于样瓶转运的气力输送系统。其在转运路径上预设管道，利用风机产生的动力将煤样瓶从制样设备输送至存样设备以及其他设备中。该系统适用样品量少并且重量轻的分析样品的输送。基于当前燃料智能化行业中样品输送存在的问题，笔者提出了 种基于无人驾驶技术的煤样转运系统，运用智能无人驾驶小车作为煤样输送载体，设计了小车内部用于样品进出的输送设备，以及采样、制样、存样系统中的装卸车平台，开发了远程管控系统与无人车调度系统，实现了原煤样与分析煤样在采制样系统与样品存储系统之间的安全、快速、大批量的自动传输，避免了人与样品接触，实现了无人化作业，为无人驾驶技术在燃料智能化系统中的应用与推广奠定基础。智能无人车煤样转运系统设计 智能无人车煤样转运系统组成无人驾驶车辆是 种通过车载电脑系统配合外部传感器实现自动驾驶的汽车系统，是 个集环境感知、规划与决策、控制等多功能于一体的综合智能系统。笔者在现有成熟的无人驾驶车辆基础上，开发了车厢运载模块、远端管控系统以及样品装卸车模块，形成了适应于燃料智能化煤炭样品转运的智能无人车转运系统。该智能无人车具备自动驾驶、路径规划、自动避障、精准泊车、自动充第 期肖鹏飞等：基于无人驾驶技术的煤样转运系统应用研究电、环境感知与监测等功能，同时能与远端管控系统实现信息交互。通过无线通讯方式实时接收管控中心下发指令，并实时将行驶过程中的车辆参数、行驶过程中环境影像以及车辆到位反馈等信息传输到远端管控系统。智能无人车煤样转运系统组成如图 所示。图 智能无人车煤样转运系统组成 智能无人车煤样转运系统分为四大模块，分别为智能无人车本体、车厢运载模块、样品装卸车模块与远程管控系统，各模块之间通过有线或无线进行通讯。智能无人车煤样转运系统结构 智能无人车智能无人车包括小车本体与车厢运载模块 部分，小车本体部分为小车自动行驶提供动力与控制，同时与远端管控系统进行信息交互。车厢运载模块包括车厢、卷帘门、滚筒输送机、门禁、传感器以及相应的电控系统，为煤样桶与样瓶的装、卸与转运提供条件。笔者开发的智能无人小车结构示意如图 所示。无人车本体与车厢运载模块采用卡扣式连接，车厢模块的电源与信号线通过接插件与小车本体连通。车厢模块中的电控系统控制车内输送机与卷帘门的运动。该模块由小车本体提供动力电源，同时其通过小车本体上的无线网络模块与远端管控系统进行信息交互。智能无人小车实物如图 所示。小车装车与卸车工作流程如下：小车到达装车站点后，尾部卷帘门自动开启，待装车平台与车辆对接好后，车内挡桶门禁收回，装车模块上的样桶或样瓶通过装车端的固定滚筒输送机依次送入到车内的滚筒输送机上，并在此进行暂存。装车完成图 智能无人小车结构 后，挡桶门禁伸出，卷帘门自动关闭。车辆行驶至卸车点后，卷帘门再次开启，然后挡桶门禁收回，车内样桶或样瓶依次从车内滚筒输送机上输出至卸车点的固定输送机上，全部输出后尾部卷帘门自动关闭，完成卸车流程。站点装卸车模块站点装卸车模块分为存样端站点装卸车模块、采样站点装卸车模块、制样站点装卸车模块 类。其主要作用是负责将前端设备送过来的样桶和样瓶煤 质 技 术 年第 卷图 智能无人小车实物 通过滚筒输送机与车辆对接平台装入智能小车，以及将智能小车转运过来的样桶和样瓶卸下来传入至后端设备。由于站点装卸车模块结构大同小异，以下以存样端站点样瓶装卸车模块为例，介绍其结构。样瓶装卸车模块结构如图 所示。样瓶装卸车模块主要包括车辆对接平台、滚筒输送机、气送工作站以及工业机器人。车辆对接平台负责将环形输送机与输送车辆对接起来，为样瓶进出车辆提供条件。图 样瓶装卸车模块结构 环形输送机用于重瓶、空瓶周转以及暂存。工业机器人负责将重瓶抓取放入气送工作站，由气送系统发送至远端的存储系统中，同时将气送系统发送过来的空瓶抓取放置在输送机上。存样端站点样瓶装卸车模块工作流程如下，装满分析样的煤样瓶从制样端装车转运到该站点后，车辆对接平台执行与车辆对接工作，然后样瓶通过车内滚筒输送机依次输送至车辆对接平台，并从环形滚筒输送机上端进入，到达重瓶暂存区排队等候，由工业机器人依次将重瓶抓起放入到气送工作站中，通过气送系统发送至远端的存储系统。同时，经远端设备处理完毕的空样瓶通过气送系统往回发送至该气送工作站，再由工业机器人将空瓶放回输送机，并依次在空瓶暂存区进行装车等待。当车辆执行空瓶装车指令，并到达该站点后，空瓶将从环形输送机的下端经车辆对接平台依次进入到智能小车滚筒输送机上，由小车将空瓶送回至制样设备中。采样站点与制样站点的装卸车模块主要由车辆对接平台、滚筒输送机等组成，其结构、布局以及装卸车工作流程与存样端站点样瓶装卸车模块大同小异，在此不再赘述。智能无人车煤样转运系统的车辆调度燃料智能化系统中通常包括 类转运站点，分别为：采样端站点，该站点为空桶从左端进入，采样封装后的煤样从右侧流出；制样端站点，该站点为重桶与空瓶从左端进入，制样后空桶以及装有分析样的重瓶从右端流出；存样端站点，该站点为装有分析样的重瓶从左端进入，远端处理完毕的空瓶从右侧流出。在具体智能化项目实施中，一般包括多个采样站点与制样站点以及 个存样站点。台或多台智能小车需要在各站点之间进行样品转运以及将样品容器回传至初始站点。以某一电厂智能化项目为例，详细阐述智能小车的调度过程。示例转运系统布局如图 所示。系统转运路径分为样瓶转运与样桶转运 种路径，具体线路如下。空瓶转运路线：存样端制样端；。重瓶转运路线：制样端存样端；。空桶转运路线：制样端采样端；第 期肖鹏飞等：基于无人驾驶技术的煤样转运系统应用研究；。重桶转运路线：采样端制样端；。智能无人车转运系统中样桶转运工作流程如图 所示。瓶转运流程与样桶转运流程类似，以下不再赘述。图 智能无人车转运系统布局 图 智能无人车转运系统工作流程 煤 质 技 术 年第 卷 系统工作流程如下：装车端传感器感应到重桶存桶工位已满或批煤采样已完成时，向远端管控系统提出重桶转运需求。远端管控系统接收到该信息后，判断当前车辆空闲状态，向空闲车辆即时下发运送重桶的指令，同时将装车站点位置信息、行车路径以及需运送的重桶数量等信息发送给智能小车。小车在接到上述指令后，自动向目标站点行驶。小车到达装车站点等待位时，管控系统判断当前站点空闲情况，如果站点有其他小车正在作业，该小车在等待位进行等待。当接收到站点空闲指令时，小车进入站点并自动泊车，泊车到位后向管控发送到位信号。管控系统接收到信息后，给车厢模块与装车站点发送装车任务，以上 个模块接收的任务后开始执行装车动作。在装车完成后，向管控系统发送任务完成信号。管控系统接收到该信号后，向智能小车下发卸车站点位置信息、行车路径以及行车指令，智能小车自行启动，离开装车站点，向卸车站点行驶。小车到达卸车站点等待位时，管控系统判断当前站点空闲情况。当接收到站点空闲指令时，小车进入站点并自动泊车到位，同时给出小车到位信号。管控系统接收到信号后下发卸车指令，在完成卸车任务后反馈完成信号，智能小车就地等待管控中心下发新的转运任务。以上为系统转运重桶的调度流程。另外，空桶、重瓶以及空瓶转运调度流程与以上过程基本类似。整个样品转运过程由管控系统控制，全程无人参与，避免了人员接触样品的情况。同时，小车在行驶过程中，车载摄像头全程记录行驶环境影像与行车轨迹等参数并实时传输到管控系统进行存储，为后续安全隐患等情况提供查证与分析的依据。结 论基于无人驾驶技术的煤样转运系统，可运用智能无人驾驶小车作为煤样转运载体，实现原煤样和分析煤样在采制样系统与样品存储系统之间的安全、快速、大批量自动传输。详细介绍系统的结构、组成与工作流程，同时通过实例阐明小车的调度过程。该智能无人车转运系统主要有如下优势：（）采用智能无人驾驶转小车进行转运，全程无人参与，可实现 不间断作业，相对传统方式，大幅提升转运能力。（）转运过程通过管控系统自行调度，需求响应快、对接时间短，转运效率高。（）转运过程车辆参数、行驶路径与轨迹、环境与车内影像信息实时采集与存储，样品安全性高。（）装车与卸车站点设置灵活，方便增减，能满足原煤样品与分析样品的大批量、远距离输送。参考文献（）：孙刚 商品煤采样与制样 北京：中国标准出版社，：郭清杰 智能化采制样技术趋向及应用探析 煤质技术，（）：，（）：全国煤炭标准化技术委员会，煤炭制备方法：北京：中国标准出版社，：贺小明，张顺林 火电企业燃料智能化管理 北京：中国电力出版社，：成刚，陆茂荣，何亮 火电企业燃料智能化管理系统的研究与应用 煤质技术，（）：，（）：杨新荣 燃料智能化管理系统建设及其成效初探 煤质技术，（）：，（）：张仲焘，任率，黄志昆 基于 定位的智能转运小车的应用研究 煤质技术，（）：，（）：凌君安，陈燕，陈康 关于燃料智能化管控系统中原煤样传输模式的研究 机电产品开发与创新，（）：，（）：凌君安，陈燕，陈康 剖析气动管道传输系统在燃料智能化管控中的具体应用 机电产品开发与创新，（）：，（下转第 页）煤 质 技 术 年第 卷 ，（）：成刚，陆茂荣，何亮 火电企业燃料智能化管理系统的研究与应用 煤质技术，（）：，（）：张义忠 开滦集团煤质检测信息管理系统的开发 煤质技术，（）：，（）：张小艳，张玉娜 基于工作流的煤质管理信息系统设计 工矿自动化，（）：，（）：张孝亮 煤质化验管理信息系统的设计 煤质技术，（）：，（）：姜水军，胡敏 煤质全过程管理系统设计 工矿自动化，（）：，（）：姜水军 智能化标准化煤质管理模式建设研究 洁净煤技术，（）：，（）：赵波，石国庆 煤质检验管理信息系统的研究与开发 煤质技术，（）：，（）：田华，杨继鹏 一种基于物联网、和百度地图电子围栏的电力检修地线状态实时检测系统 中国科技信息，（）：张爱玲，曹磊 基于车联网的物流信息监控平台的研究与设计 信息技术与网络安全，（）：，（）：王春妍 电子围栏监控平台的整体概要设计 电子世界，（）：卢海权，戴宇，宋洪刚，等 一种基于高精度定位的 电 力 线 路 监 管 系 统 农 村 电 气 化，（）：，（）：董庚 基于北斗 的远程监控方法分析 中国设备工程，（）：黄超，隋艳 煤炭检测实验室信息管理系统的设计与应用 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