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煤矿主运输系统智能控制技术研究与应用.pdf
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1、22Vol.55,No.7第5 5 卷第7 期COALENGINEERING程炭煤doi:10.11799/ce202307004煤矿主运输系统智能控制技术研究与应用张耀明12 3,李标1.2.3(1.煤炭科学技术研究院有限公司,北京100013;2.煤矿应急避险技术装备工程研究中心,北京100013;3.北京市煤矿安全工程技术研究中心,北京100013)摘要:煤矿主运输系统普遍存在人工点巡检、无法实现远程集中控制、监测数据不完善、缺乏智能控制机制、无高效的故障检测手段等问题。针对上述问题提出了分段提取关键帧的巡检视频分析方法,形成了煤矿主煤流运输巡检异常检测技术,并将其运用于巡检机器人系统中
2、,提高了故障检出率。设计的主煤流运输智能控制系统,实现了基于煤流跟踪的智能调速和顺煤流一键启动功能,并研究了带式输送机的最优启动速率。基于视觉和激光雷达融合的输送带撕裂视觉检测技术和基于声纹分析的带式输送机状态监测和故障诊断技术,提升了主煤流系统运行的稳定性关键词:主运输系统;带式输送机;巡检机器人;智能控制;故障诊断中图分类号:TD67文献标识码:A文章编号:16 7 1-0 9 5 9(2 0 2 3)0 7-0 0 2 2-0 6Research and application of intelligent control technology for maintransportatio
3、n in coal mineZHANG Yaoming.2.3,LI Biaol,2.3(1.China Coal Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100013,China;2.Engineering Research Center of Coal Mines Emergency Technology Equipment Engineering,Beijing 100013,China;3.Beijing Coal Mine Safety Engineering Technology Research Center,Beijing 100013,Chin
4、a)Abstract:There are many problems in the main transportation system of coal mine,such as manual spot inspection,remotecentralized control can not be implemented,monitoring data is incomplete,intelligent control method is lacked,there is noefficient means of fault detection.In view of the above prob
5、lems,the method of segment extraction key frame inspection videoanalysis is put forward,and the inspection video anomaly detection technology is developed for coal mine main transportation.The technology is applied in the inspection robot system,and the fault detection rate is improved.The intellige
6、nt control systemof main coal flow transportation is designed,which realizes the intelligent speed regulation based on coal flow tracking and theone-button down-flow startup function.The stability of the main transportation system is improved using the visual detectiontechnology of conveyor belt tea
7、r based on vision and lidar fusion and the state monitoring and fault diagnosis technology based onvoiceprint analysis of belt conveyor.Keywords:main transportation system;belt conveyor;patrol robot;intelligent control;fault diagnosis带式输送机由于具有运输能力强、输送距离长、可靠性高和易于集中控制等优势,成为了煤矿高效生产的主要运输设备,但在运行过程中存在着设备故
8、障率高、人工巡检存在安全隐患且容易造成误检和漏检、设备隐患不易被发现、逆煤流启动、设备空载时间长、电能消耗和设备损耗大、不能自动实现煤流均衡控制等问题本研究以内蒙古蒙泰煤炭有限责任公司窝兔沟煤矿为研究对象,构建了主运输智能控制系统,研发了智能巡检机器人,开发了输送带纵向撕裂检测装置及声纹故障诊断装置,使带式输送机系统具备了远程监控、智能感知、自主调速、节能运行等功能,实现了智能安全运行、固定岗位无人、巡检岗位减人、降低劳动强度、节能高效运行的目的。同收稿日期:2 0 2 2 3-0 3-14作者简介:张耀明(19 8 4 一),男,辽宁铁岭人,工程师,从事煤矿智能化研究,E-mail:2 7
9、6 9 6 7 15 1 q q.c o m。引用格式:张耀明,李标煤矿主运输系统智能控制技术研究与应用J煤炭工程,2 0 2 3,5 5(7):2 2-2 7.23灰2023年第7 期程煤设计技术时将先进的自动控制、通讯技术和计算机技术相融合,将生产与维护作为一个整体进行管控,使煤矿运行的安全水平提升、生产效率提高、能源消耗和设备损耗降低,1系统设计采用西门子S7-1200系列PLC做为核心控制器,融合了智能巡检机器人、输送带纵撕和煤量检测、AI异物识别、故障诊断、运输智能控制及综合管控平台。控制系统结构如图1所示,控制主机控制备机打印机以太网核心交换机光纤光纤交换机智能巡检机器人沿线跑偏故
10、障诊断煤量检测温度洒水烟雾纵撕检测速度可编程控制箱摄像仪摄像仪摄像仪变频器图1主煤流运输控制系统结构系统主要由综合管控平台、PLC控制系统和现场设备组成。1)综合管控平台。采用工控机和组态软件实现带式输送机运输系统的集中控制、工况显示。采用穴余机制来保证系统的不间断运行,双机互为热备,提高系统运行的稳定性,。2)PLC控制系统。做为系统核心负责与变频器、传感器、检测装置、巡检机器人等进行信息交互、实现现场设备的控制。在主井带式输送机机头附近配置一台防爆PLC控制柜作为主站,其他带式输送机各配置一台防爆PLC控制柜作为从站,构成PLC控制系统,通过井下环网进行通讯。3)现场设备。设置跑偏保护、堆
11、煤保护、速度保护、烟雾保护、温度保护、纵撕保护、急停闭锁保护、语音报警装置、煤位传感器、煤流量检测装置、摄像仪、巡检机器人等设备。2智能巡检机器人技术针对主斜井带式输送机,设计了智能巡检机器人系统,实现对带式输送机沿线视频、音频、温度等参数的实时检测,通过井下无线网络(4G、W i Fi)与地面服务器进行通讯,实现设备运行状态的实时显示,报警信息的及时处理,并与综合管控平台联动,提高系统运行的安全性与稳定性。2.1系统构成巡检机器人的硬件系统包括:机器人控制单元、电源管理单元、运控控制单元、无线通信单元和信息采集单元。巡检机器人系统组成如图2 所示AI管理后台数据整理实时诊断AI分析运行平台预
12、测维护维护人员无线网络定点维修预知维护主斜井环境感知数据采集巡检机器人充电桩图2巡检机器人系统2.2基于背景差分的巡检视频异常检测技术背景差分算法是一种常用的巡检视频异常检测方法,能精准地检测出视频图像中的异常,且环境适应性强。传统的背景差分算法仅能实现固定摄像仪拍摄图像的异常目标检测,不适用于巡检视频。根据煤矿井下巡检机器人匀速、定向运动及周期性采集视频数据的特点,提出了巡检视频分段提取关键顿,采用均值哈希算法建立背景模型,对背景模型和关键顿进行差分运算,优化运算结果,从而准确地检测出异常目标。巡检机器人搭载摄像仪,定向获取原始巡检视频,对巡检视频分段采样,提取背景模型关键帧。与相同位置的关
13、键帧集合进行匹配,根据关键顿生成背景模型。对背景模型与关键顿进行差分异常检测,生成二值掩膜并进行去噪、连通处理,生成异常检测结果,并更新关键。3主煤流运输智能控制技术3.1基于视觉和激光雷达融合的煤流量识别技术煤流量检测装置采用自主研发的立体视觉技术,利用双目摄像仪加激光光源的组合方式,利用结构光立体视觉方法,使用标准的光栅条纹结构(激光)光投射到物体表面,投影光条跟随物体表面形状的起伏而发生变化,摄像仪拍摄输送带表面图像,从输送带表面形状所调制的条纹模式中,提取出物体242023年第7 期程设计技术炭煤的三维体积,然后经软件处理运算后得出当前输送带上的煤体积,实现煤流量的实时检测3.1.1物
14、料流量体积计算在带式输送机运行过程中,物料是连续不断通过检测位置的,对通过检测位置物料的截面进行积分可以计算物料的体积,可以通过物料密度进而求得物料的质量。在时间段0,t,内,通过检测位置物料的质量为:t./tQ=pV=pZS,u.t.(1)式中,p为物料的密度,kg/m;t,为图像采集的时间间隔,s;S,为第i次采集图像计算得到的横截面积,mm;v,为第i次采集时的实时带速,m/s。3.1.2煤流量跟踪为了实时掌握带式输送机上煤量情况,建立煤量的跟踪模型,将输送带分成若干区域,将实时采集到的煤量信息对每个区域进行赋值,进行堆栈处理,根据带式输送机运行速度就可以得出带式输送机上煤量运行轨迹。根
15、据每个区域内煤量大小及相应区域数量就可以给出带式输送机需要的运行速度,PLC就可以根据相应的逻辑进行调速3.1.3煤流量传感器安装位置为保证下游带式输送机有足够的调速时间,需要确定煤流量传感器安装位置的安装位置。带式输送机为变频器驱动,在距带式输送机机尾位置L处安装传感器,距离L的计算公式为:L=V,T,F/(Fh-F)(2)式中,L为传感器距机头距离,m;V,为带式输送机B额定速度,m/s;T。为带式输送机A变频器设定的加速时间,s;Fh 为带式输送机A电机额定频率,Hz;F,为带式输送机A设定的最低运转频率,Hz。3.2煤流均衡速度调节遵循“确定基准,预先升速,延迟降速”的原则3.2.1确
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