煤礦智能化連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

楊玉偉

摘要：針對于煤流輸送系統(tǒng)運(yùn)行過程存在的一系列狀況，例如：電能無效消耗、傳動部件無效磨損、無法達(dá)到最佳運(yùn)行狀等，因此，為提高煤流運(yùn)輸系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的效率，設(shè)計(jì)了煤礦智能化連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)，不僅解決煤流運(yùn)輸系統(tǒng)在生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的一系列故障、滯后以及耗時(shí)等問題，還有效實(shí)現(xiàn)了煤流運(yùn)輸系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)化、信息化、無人化以及遠(yuǎn)程實(shí)施監(jiān)控，為我國的煤礦行業(yè)領(lǐng)域的智能化發(fā)展提供了有力的保障。

關(guān)鍵詞：煤流運(yùn)輸系統(tǒng);智能控制;大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控;煤量檢測

引言

我國每年因?yàn)槊旱V事故而死亡的人不在少數(shù)，雖說煤礦行業(yè)經(jīng)過了許久的發(fā)展歷史，但是煤礦安全問題依然存在。在環(huán)境惡劣、危險(xiǎn)的煤礦井下，若是實(shí)現(xiàn)智能化無人作業(yè)，將會有效減少下井工作人員的數(shù)量，也會減少人員傷亡的發(fā)生概率，是為煤礦工作工人員提供生命安全的重要保障?，F(xiàn)階段針對于帶式智能輸送運(yùn)行技術(shù)在各大煤礦企業(yè)都嘗試應(yīng)用過，但是都沒有得到相應(yīng)的普及。其主要原因是因?yàn)闆]有成熟的技術(shù)，并且頻繁發(fā)生故障，不僅增加了維修成本，還沒有明顯的降耗、節(jié)能效果?；诖?，筆者試圖設(shè)計(jì)智能化煤礦帶式輸送機(jī)，達(dá)到無人值守、遠(yuǎn)程控制等建設(shè)目標(biāo)，提高煤礦行業(yè)領(lǐng)域的安全生產(chǎn)水平。

1. 煤量檢測技術(shù)

1.1激光掃描

在帶式輸送機(jī)的輸送帶上方將一個激光發(fā)射器以及數(shù)字?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行安裝，與輸送帶垂直，使攝像機(jī)能夠拍攝到激光所照射到的輸送帶區(qū)域。攝像機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)，將所拍攝到的圖像輸送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對視頻圖像進(jìn)行分析后，可以初步提取出帶式輸送機(jī)上所運(yùn)輸煤料的大致輪廓。將激光投射到煤料面上，由于此激光與輸送帶上的激光光線不一樣，兩者之間會產(chǎn)生一種形變，由此可以深度反應(yīng)出煤料的相關(guān)信息，根據(jù)此信息可以瞬時(shí)計(jì)算出煤量。

煤量在進(jìn)行檢查的過程中，主要由實(shí)時(shí)檢測模塊以及基線獲取模塊所組成，其中前者是能夠通過基線以及激光線而計(jì)算出實(shí)時(shí)瞬時(shí)煤量信息，而后者是對激光線進(jìn)行提取，根據(jù)提取到的激光線輪廓，計(jì)算出相似的截面積，就可以計(jì)算出實(shí)時(shí)煤量信息。

1.2視頻識別

在帶式輸送機(jī)的上方安裝視頻攝像頭用來采集視頻圖像，然后分析并處理圖形數(shù)據(jù)，對輸送帶上的煤料邊緣進(jìn)行檢測。即可得到煤料的寬度。這種檢測方式的關(guān)鍵點(diǎn)是煤料的邊緣，也就是分辨出有煤區(qū)域與無煤區(qū)域像素值之間的差異。首先安裝一個高清攝像頭用來采集視頻圖像并做預(yù)處理，然后利用極值中值的濾波，將圖像中的噪聲消除。由于無煤區(qū)域的像素值會產(chǎn)生劇烈的變化，而無煤區(qū)域就沒有很大的變化，根據(jù)此特點(diǎn)，可以通過像素值的差異計(jì)算出煤料的邊緣，從而計(jì)算出煤量。

2. 帶式輸送機(jī)智能控制技術(shù)

2.1啟停自適應(yīng)控制

傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的啟動技術(shù)是逆煤流啟動，也就是要將上游和下游的輸送機(jī)全部啟動才能給料。因此，輸送機(jī)越長，輸送帶的數(shù)量越多，上下游的輸送機(jī)處于空載狀態(tài)的時(shí)間就越長，越容易造成機(jī)械系統(tǒng)的高損耗，從而導(dǎo)致單位能耗增加，進(jìn)而造成不必要的能源浪費(fèi)。

在帶式輸送機(jī)上將速度傳感器以及煤量檢測裝置進(jìn)行安裝，用來對煤料信息進(jìn)行監(jiān)測?？刂萍夹g(shù)是通過檢測裝置檢測到煤量信息后，前級帶式輸送機(jī)才會開始運(yùn)轉(zhuǎn)，若后級帶式輸送機(jī)已經(jīng)將煤量輸送到頭，但是前級帶式輸送機(jī)還沒有開始運(yùn)行，則后級帶式輸送機(jī)將會停止。若前后級均檢測到帶式輸送機(jī)有煤量信息，則將會按照逆煤流的方式啟動帶式輸送機(jī)。

2.2煤量自適應(yīng)調(diào)速

建立帶式輸送機(jī)自適應(yīng)調(diào)速模型，根據(jù)煤流量的多少，利用智能調(diào)速系統(tǒng)來控制帶式輸送機(jī)的速度，有效減少運(yùn)行過程中產(chǎn)生的能源消耗以及設(shè)備默算。根據(jù)煤產(chǎn)量對帶式輸送機(jī)的煤量截面進(jìn)行優(yōu)化至最佳，對帶式輸送機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將會節(jié)約20%的能耗，延長50%的設(shè)備壽命。自適應(yīng)調(diào)速工藝采用的是分段節(jié)能方式，若運(yùn)量在80%左右則不需要調(diào)速，若在40%左右可以調(diào)整速度，同時(shí)也要避免由于頻繁調(diào)速而導(dǎo)致的運(yùn)量少。

3. 煤流輸送系統(tǒng)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控云平臺

3.1平臺建設(shè)

（1）支持TB/PB級的存儲數(shù)據(jù)以及大數(shù)據(jù)計(jì)算框架。由于煤流智能系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)量大、密度高以及頻率高，并且數(shù)據(jù)之間分布廣泛，因此，可以采用上述框架對煤流輸送系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)存儲設(shè)計(jì)。

在數(shù)據(jù)接入方面，有效解決了數(shù)據(jù)斷點(diǎn)續(xù)傳、高速異步導(dǎo)入以及負(fù)載均衡等問題，例如Kafka消息技術(shù)的應(yīng)用研究，在一定程度上滿足了接入大數(shù)據(jù)信息平臺的兼容性以及可靠性。

在數(shù)據(jù)分析方面，其中包含實(shí)施分析與離線分析。根據(jù)Spark流計(jì)算框架以及分布式計(jì)算框架能夠有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與離線計(jì)算，滿足大數(shù)據(jù)分析的計(jì)算高性能;離線分析都包含周期性任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)據(jù)報(bào)表分析等，有效實(shí)現(xiàn)分析、數(shù)據(jù)一體化。

（2）支持為輔的接口、權(quán)限以及數(shù)據(jù)管理。首先，集合了Spring Boot微服務(wù)框架，利用此框架將大數(shù)據(jù)框架中的業(yè)務(wù)邏輯拆分成多個應(yīng)用，并為自身以及外部提供調(diào)用，構(gòu)建服務(wù)框架，實(shí)現(xiàn)分析、算法工具、app與業(yè)務(wù)應(yīng)用的靈活接入;其次，建設(shè)煤流輸送系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出、增加、刪除等操作。最后，建設(shè)煤流輸送系統(tǒng)的權(quán)限管理系統(tǒng)（Shiro），實(shí)現(xiàn)控制用戶訪問權(quán)限。

3.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺功能

以煤流輸送系統(tǒng)的運(yùn)營、生產(chǎn)以及維護(hù)為依據(jù)，構(gòu)建智能運(yùn)維服務(wù)中心，對煤流輸送系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測、預(yù)防、診斷等一系列的服務(wù)，并將智能系統(tǒng)應(yīng)用于煤流輸送系統(tǒng)的運(yùn)維過程中。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的平臺功能都包含管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、診斷系統(tǒng)、信息推送系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，在此不做一一介紹。

（1）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控子系統(tǒng)：主要針對于帶式輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施檢測，例如其位置信息、電流電壓、運(yùn)行速度、跑偏程度等進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析，并通過圖表以及文字的形式呈現(xiàn)在系統(tǒng)中。

（2）遠(yuǎn)程智能控制子系統(tǒng)：主要針對于帶式輸送機(jī)在采集、輸送過程中的智能化控制，例如跑偏的智能化控制、堆煤、震動的自適應(yīng)調(diào)節(jié)等。根據(jù)實(shí)際帶式輸送機(jī)的作業(yè)、生產(chǎn)工藝的基本需求，對模型與算法進(jìn)行優(yōu)化，有效實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的遠(yuǎn)程智能作業(yè)控制。

（3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：此系統(tǒng)將采集帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的視頻信號，并將其輸送到大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)視頻的儲存與展示，并且可以離線播放視頻。通過視頻圖像中的信息可以對現(xiàn)階段的帶式輸送機(jī)的作業(yè)情況進(jìn)行分析，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全生產(chǎn)以及設(shè)備故障問題。

4. 結(jié)論

（1）煤量檢測技術(shù)可以有效分析并處理視頻圖像，檢測出煤料的面積、體積，計(jì)算出帶式輸送機(jī)上的瞬時(shí)煤量，也是智能調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源。

（2）智能控制系統(tǒng)能夠控制運(yùn)行工藝并改進(jìn)，通過自適應(yīng)調(diào)速與啟動，提高煤流輸送系統(tǒng)的智能化水平與運(yùn)行效率，有效節(jié)省能源消耗與設(shè)備的磨損。

（3）大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺能夠?qū)ο到y(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、存儲以及展示，及時(shí)發(fā)展系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的故障等問題，有效實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等智能化煤礦生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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