煤礦副立井智能操車系統(tǒng)研究與應(yīng)用

陳林坤，張彩江，馬心剛

(中信重工開(kāi)誠(chéng)智能裝備有限公司，河北省唐山市，063020)

0 引言

煤礦副立井擔(dān)負(fù)著煤礦人員及物料的提升任務(wù)，是煤礦生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一[1]，其上下井口安全及生產(chǎn)效率是影響煤礦生產(chǎn)的重要因素。近年來(lái)，為了提高煤礦副立井操車系統(tǒng)的安全性、可靠性及自動(dòng)化水平，研發(fā)人員對(duì)操車系統(tǒng)進(jìn)行了不斷改進(jìn)。曹旭平[2]采用PLC技術(shù)對(duì)原有副立井操車控制系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)和完善；張耀武[3]針對(duì)煤礦副立井操車系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，利用機(jī)電一體化技術(shù)，對(duì)副立井操車系統(tǒng)進(jìn)行了改造升級(jí)；丁成波[4]采用PLC實(shí)現(xiàn)了副立井操車系統(tǒng)電控系統(tǒng)的技術(shù)改造；孫彩紅[5]等提出了一種煤礦井下無(wú)線遠(yuǎn)程遙控信號(hào)及操車系統(tǒng)，利用手持式遙控器遠(yuǎn)程控制操車系統(tǒng)的運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)煤礦副立井操車系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了集中自動(dòng)控制，較大程度上改善了傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)及操車的方法，改善了工作條件，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。然而，依然存在著系統(tǒng)功能不完善、數(shù)據(jù)上傳不便、各子系統(tǒng)自動(dòng)化程度參差不齊等問(wèn)題，難以形成統(tǒng)一的信息資源，導(dǎo)致各系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)無(wú)法深度利用?；诖?，開(kāi)發(fā)了煤礦副立井智能操車系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用高清攝像儀、高性能運(yùn)算服務(wù)器、智能語(yǔ)音識(shí)別終端和智能檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)井口設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、人員及環(huán)境的安全監(jiān)測(cè)以及操車系統(tǒng)的智能控制，從而提高井口操車系統(tǒng)及罐籠區(qū)域的智能化感知水平，實(shí)現(xiàn)井口周圍設(shè)備感知控制的一體化和智能化。

1 煤礦副立井智能操車系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

煤礦副立井智能操車系統(tǒng)采用中央核心服務(wù)器云計(jì)算技術(shù)和分布式客戶端監(jiān)控部署，構(gòu)建副立井操車系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一規(guī)劃與集約建設(shè)，同時(shí)提供數(shù)據(jù)綜合服務(wù)、數(shù)據(jù)可視化服務(wù)、協(xié)同控制服務(wù)、業(yè)務(wù)流程服務(wù)和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)等服務(wù)和工具，實(shí)現(xiàn)信息世界和物理世界的實(shí)時(shí)信息融合和控制迭代優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)副立井操車系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)與智慧運(yùn)營(yíng)。

通過(guò)對(duì)副立井上下井口電磁環(huán)境的分析研究，煤礦副立井智能操車系統(tǒng)能夠應(yīng)用多通道傳輸、機(jī)碼校驗(yàn)等方法降低誤碼率，保障信號(hào)傳輸?shù)目煽啃院蛡鬏斝?，同時(shí)利用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)、位置檢測(cè)、智能優(yōu)化決策和自動(dòng)控制原理，實(shí)現(xiàn)煤礦副立井上下井口遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)操車和無(wú)人值守智能化控制，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人則安的目標(biāo)。煤礦副立井智能操車系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 煤礦副立井智能操車系統(tǒng)總體架構(gòu)

煤礦副立井智能操車系統(tǒng)主要包括機(jī)器感知和智能控制兩大系統(tǒng)[6]，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將二者有機(jī)融合，機(jī)器感知系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種感知數(shù)據(jù)的接入，并對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別運(yùn)算，獲得的感知識(shí)別結(jié)果作為智能控制系統(tǒng)的執(zhí)行策略依據(jù)；智能控制系統(tǒng)對(duì)PLC執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送智能控制指令，保障每一條操作指令的實(shí)時(shí)性和安全性。通過(guò)高度精細(xì)化和智能化的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)推車機(jī)、阻車器、安全門(mén)、搖臺(tái)等相關(guān)設(shè)備及整個(gè)副立井運(yùn)行過(guò)程的自動(dòng)檢測(cè)和控制，為企業(yè)生產(chǎn)提供更便捷的運(yùn)行與維護(hù)管理、更智能的人機(jī)交互體驗(yàn)以及更全面的數(shù)據(jù)記錄與分析，進(jìn)而深入挖掘數(shù)據(jù)背后設(shè)備的健康情況[7-8]。

2 煤礦副立井智能操車系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 智能控制功能

煤礦副立井智能操車系統(tǒng)在功能設(shè)計(jì)上要實(shí)現(xiàn)操車作業(yè)過(guò)程中的人員、礦車、安全門(mén)等智能化全流程控制。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，檢測(cè)到有礦車進(jìn)入車場(chǎng)區(qū)域，現(xiàn)場(chǎng)一部推車機(jī)動(dòng)作，同時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)推車機(jī)1 m范圍內(nèi)是否存在人員入侵，當(dāng)有人員入侵時(shí)，推車機(jī)停止動(dòng)作并發(fā)出人員驅(qū)離報(bào)警；如無(wú)人員入侵推車機(jī)正常作業(yè)，到達(dá)二部推車機(jī)工作區(qū)域后，當(dāng)檢測(cè)到有礦車駛?cè)霑r(shí)二部推車機(jī)動(dòng)作，智能檢測(cè)過(guò)程與一部推車機(jī)動(dòng)作邏輯相同；到達(dá)“四超”作業(yè)區(qū)域時(shí)，通過(guò)智能相機(jī)檢測(cè)礦車長(zhǎng)、寬、高是否超過(guò)閾值，稱重傳感器檢測(cè)是否超重，檢測(cè)數(shù)值在閾值范圍內(nèi)方可進(jìn)入下一工作區(qū)域，否則語(yǔ)音報(bào)警提示告知作業(yè)人員處理。

礦車進(jìn)入井口區(qū)域時(shí)，阻車器動(dòng)作，礦車在罐籠井口時(shí)推車機(jī)待命，待罐籠到達(dá)上井口時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)罐籠口是否存在人員入侵狀態(tài)，存在人員入侵則語(yǔ)音提示報(bào)警驅(qū)離。正常時(shí)打開(kāi)安全門(mén)，同時(shí)攝像機(jī)智能判斷安全門(mén)到位狀態(tài)，此時(shí)搖臺(tái)落下，阻車器打開(kāi)，井口推車機(jī)動(dòng)作將礦車推入罐籠；同時(shí)上層乘人罐籠人員入罐，系統(tǒng)檢測(cè)到上乘安全門(mén)口無(wú)人員滯留則關(guān)閉安全門(mén)，相機(jī)同步識(shí)別安全門(mén)關(guān)閉狀態(tài)。正常檢測(cè)完成后發(fā)送罐籠下降信號(hào)，入罐作業(yè)完成。

罐籠在提人升井以及提物出籠作業(yè)時(shí)，對(duì)安全門(mén)及推車機(jī)作業(yè)檢測(cè)原理同礦車作業(yè)相同，通過(guò)相機(jī)的智能識(shí)別保障人員設(shè)備的安全狀態(tài)。

2.2 信號(hào)顯示功能

(1)絞車房液晶屏顯示功能。一是可顯示“提人”“提物”“檢修”“慢提”“上急”“下急”等提升類別；二是可顯示提升指令的代碼和提升數(shù)。

(2)上下井口提升信號(hào)顯示功能。除具有絞車房的顯示功能外，還可顯示上井口位或下井口位發(fā)出的急停信號(hào)、操作方式、提升信號(hào)關(guān)聯(lián)設(shè)施的閉鎖顯示以及油溫、油位、油壓故障顯示。

(3)操車執(zhí)行機(jī)構(gòu)工藝模擬顯示功能?？蓪?shí)現(xiàn)“罐籠到位顯示”“阻車器顯示”“安全門(mén)開(kāi)與閉顯示”“搖臺(tái)起與落顯示”“推車機(jī)置于前、后限位顯示”。

2.3 系統(tǒng)閉鎖功能

(1)信號(hào)與絞車控制回路閉鎖功能。只有當(dāng)絞車房接到上井口發(fā)來(lái)的提升信號(hào)指令時(shí)，絞車方可提升。

(2)信號(hào)與安全回路閉鎖功能。當(dāng)絞車房收到上下井口發(fā)來(lái)的“急停”信號(hào)時(shí)，絞車安全回路跳閘。

(3)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)閉鎖功能。上井口只有收到下井口發(fā)來(lái)的信號(hào)時(shí)，才能向絞車房發(fā)出信號(hào)，并只能轉(zhuǎn)發(fā)與下井口相同的信號(hào)。

(4)操車與信號(hào)閉鎖功能。只有當(dāng)操車執(zhí)行部位處于正常位置時(shí)方可發(fā)出提升信號(hào)指令，否則發(fā)不出提升信號(hào)。

2.4 系統(tǒng)診斷與故障報(bào)警功能

煤礦副立井智能操車系統(tǒng)具有自診斷功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷線、受干擾等傳輸問(wèn)題時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可自動(dòng)偵測(cè)并發(fā)出報(bào)警；當(dāng)PLC掃描器和適配器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通訊情況可判斷故障并發(fā)出報(bào)警；當(dāng)PLC的I/O模塊發(fā)生故障時(shí)，CPU通過(guò)I/O模塊的狀態(tài)位偵測(cè)到故障及故障內(nèi)容并發(fā)出報(bào)警；當(dāng)模擬量傳感器或信號(hào)線發(fā)生斷線故障時(shí)，PLC通過(guò)測(cè)量值判斷故障并發(fā)出報(bào)警。出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)會(huì)判斷故障性質(zhì)與故障位置，并用漢字顯示各故障信息及語(yǔ)音報(bào)警。

3 感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 感知系統(tǒng)組成和功能

感知系統(tǒng)由高性能運(yùn)算服務(wù)器、防爆計(jì)算機(jī)、防爆攝像機(jī)、紅外成像儀以及各種傳感器組成，綜合利用機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器聽(tīng)覺(jué)、非特定人聲識(shí)別等多傳感器融合技術(shù)，將深度學(xué)習(xí)方法應(yīng)用于圖像及音頻識(shí)別領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)上下井口及推車場(chǎng)關(guān)鍵目標(biāo)的識(shí)別檢測(cè)；并將識(shí)別結(jié)果關(guān)聯(lián)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保障上下井口作業(yè)區(qū)域行車及人員作業(yè)的安全。感知系統(tǒng)利用高靈敏度拾音傳感器，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)聲音，通過(guò)高速DSP數(shù)字信號(hào)處理器和ClearSpeech自適應(yīng)動(dòng)態(tài)降噪處理技術(shù)，結(jié)合音頻模型算法和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，接收操作人員發(fā)出的“急停”等控制指令，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)在上下井口各部署一臺(tái)防爆計(jì)算機(jī)作為客戶端，與高性能運(yùn)算服務(wù)器做數(shù)據(jù)交互，并獲取目標(biāo)識(shí)別狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控井口各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)通過(guò)對(duì)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，可以按時(shí)間維度、區(qū)域維度對(duì)系統(tǒng)內(nèi)歷史作業(yè)過(guò)程的識(shí)別、檢測(cè)和控制進(jìn)行數(shù)據(jù)回放、查看和追蹤。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將檢測(cè)區(qū)域分為罐籠區(qū)域、上下井口推車機(jī)區(qū)域、下井人員檢測(cè)區(qū)域和彎道推車場(chǎng)4個(gè)區(qū)域，對(duì)4個(gè)檢測(cè)區(qū)域分別安裝可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外熱像儀、高清晰度拾音器等裝置，對(duì)上下井口附近的罐籠、安全門(mén)等做全域動(dòng)態(tài)感知識(shí)別，通過(guò)千兆環(huán)網(wǎng)將現(xiàn)場(chǎng)音視頻數(shù)據(jù)傳輸至高性能運(yùn)算服務(wù)器做集中運(yùn)算處理。根據(jù)不同區(qū)域和不同功能需求，實(shí)現(xiàn)定制化開(kāi)發(fā)。感知系統(tǒng)識(shí)別目標(biāo)功能架構(gòu)如圖2所示。

圖2 感知系統(tǒng)識(shí)別目標(biāo)功能架構(gòu)

3.2 感知系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

3.2.1 罐籠區(qū)域

罐籠區(qū)域內(nèi)主要檢測(cè)罐籠內(nèi)礦車是否停放在規(guī)定區(qū)域范圍，通過(guò)在罐籠門(mén)口安裝光柵安全檢測(cè)裝置，檢測(cè)礦車?？课恢檬欠裾_。

3.2.2 上下井口推車機(jī)區(qū)域

(1)搖臺(tái)、前阻車器識(shí)別。在井口安全門(mén)側(cè)上方安裝防爆攝像機(jī)，實(shí)時(shí)采集安全門(mén)處的圖像信息，服務(wù)器對(duì)圖像進(jìn)行分析處理，檢測(cè)安全門(mén)口處人員滯留狀況；系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉安全門(mén)前，確認(rèn)安全門(mén)附近無(wú)人員方可關(guān)門(mén)。同時(shí)，防爆攝像機(jī)還實(shí)時(shí)采集前阻車器、搖臺(tái)等設(shè)備圖像，通過(guò)特征提取實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)位置識(shí)別，確保閉鎖安全。上下井口推車機(jī)區(qū)域識(shí)別過(guò)程如圖3所示。

圖3 上下井口推車機(jī)區(qū)域識(shí)別過(guò)程

(2)安全門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)識(shí)別。在井口安全門(mén)正前方頂部安裝防爆攝像機(jī)，通過(guò)安全門(mén)牽引裝置和邊緣與罐籠邊界的相對(duì)位置關(guān)系，檢測(cè)安全門(mén)打開(kāi)或關(guān)閉是否到位。安全門(mén)有左側(cè)開(kāi)、右側(cè)開(kāi)以及關(guān)閉3種基本形態(tài)，開(kāi)閉過(guò)程中由鉸鏈帶動(dòng)牽引裝置控制安全門(mén)開(kāi)閉。當(dāng)檢測(cè)到牽引裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)跟蹤其位置；當(dāng)?shù)竭_(dá)開(kāi)閉狀態(tài)位并停止時(shí)，再檢測(cè)安全門(mén)位置，對(duì)安全門(mén)是否到位狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。

(3)推車機(jī)、阻車器狀態(tài)識(shí)別。在軌道上方安裝可見(jiàn)光和紅外雙光云臺(tái)攝像機(jī)，在阻車器上方安裝防爆攝像機(jī)，對(duì)采集的圖像信息進(jìn)行圖像特征提取處理，智能識(shí)別判斷出礦車、推車機(jī)的位置以及阻車器的狀態(tài)，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控屏幕上，并與自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖，實(shí)現(xiàn)推車機(jī)、阻車器的智能聯(lián)動(dòng)控制。

3.2.3 下井人員檢測(cè)區(qū)域

在副立井上下井口人員入罐通道處安裝固定攝像機(jī)，對(duì)入罐人員進(jìn)行計(jì)數(shù)并實(shí)時(shí)顯示[9]。當(dāng)人員通過(guò)時(shí)，員工刷標(biāo)識(shí)卡并面向檢測(cè)攝像機(jī)，卡機(jī)識(shí)別到標(biāo)識(shí)卡信息后，系統(tǒng)對(duì)攝像機(jī)圖像中的人臉進(jìn)行定位，提取眉毛、眼睛、鼻子、嘴型等關(guān)鍵點(diǎn)特征，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中錄入的人臉信息進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)將識(shí)別結(jié)果和標(biāo)識(shí)卡信息進(jìn)行核驗(yàn)，對(duì)權(quán)限符合的人員進(jìn)行放行。此外，對(duì)視頻中長(zhǎng)棍形狀的異物等違禁品進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)出違禁物品立即報(bào)警且禁止通行。

3.2.4 彎道推車場(chǎng)區(qū)域

由于彎道推車場(chǎng)區(qū)域長(zhǎng)度較長(zhǎng)，用3路攝像機(jī)交疊覆蓋整個(gè)軌道彎道區(qū)域，系統(tǒng)對(duì)每個(gè)攝像機(jī)的位置進(jìn)行標(biāo)定，然后對(duì)每路視頻都進(jìn)行人員和礦車的檢測(cè)與識(shí)別定位，最后對(duì)3路攝像機(jī)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行融合，完成對(duì)整個(gè)彎道區(qū)域的監(jiān)控識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果和礦車推車機(jī)邏輯控制進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

4 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 控制系統(tǒng)組成

煤礦副立井智能操車系統(tǒng)的控制系統(tǒng)分為絞車房控制、上井口控制和下井口控制3個(gè)部分。

(1)絞車房控制部分。絞車房控制部分主要包括絞車房控制箱和上位機(jī)組成，絞車房控制箱由可編程控制器PLC、信號(hào)變送器、中間繼電器、安全柵等組成，主要完成輸入信號(hào)的變換與放大、PLC運(yùn)算等，經(jīng)判斷發(fā)出各種控制信號(hào)，完成與絞車的信號(hào)通訊；上位機(jī)具有顯示功能，主要接收絞車房控制箱采集到的信號(hào)反饋。

(2)上井口控制部分。上井口控制部分主要由礦用本安型操作臺(tái)和礦用隔爆兼本安型可編程控制箱組成，隔爆兼本安型可編程控制箱內(nèi)置PLC控制器，用于采集現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械到位信號(hào)和視頻分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)操車設(shè)備的控制并且和下井口、地面絞車房進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)控制的最佳化。本安型操作臺(tái)由指示燈、按鈕、觸摸屏等組成，完成整套系統(tǒng)的控制與監(jiān)視。

(3)下井口控制部分。下井口的功能與上井口功能完全一樣，根據(jù)視頻分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)操車的控制功能和絞車提升信號(hào)的發(fā)出功能。所不同的是發(fā)出提升信號(hào)時(shí)，先由下井口發(fā)出，然后再由上井口轉(zhuǎn)發(fā)。

4.2 控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程遙控及通訊

在上下井口設(shè)置礦用隔爆兼本安型無(wú)線基站，井口操作工配置礦用本安型遙控器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線控制和操車功能。在上下井口進(jìn)車和出車側(cè)、司機(jī)操作室以及絞車房安裝礦用隔爆型攝像儀進(jìn)行視頻采集，在上下井口把鉤工處放置隔爆型監(jiān)視器，顯示進(jìn)車和出車側(cè)視頻信息，達(dá)到井口監(jiān)視無(wú)盲點(diǎn)。

為了保證信號(hào)傳輸?shù)目煽啃裕g車房、上井口和下井口之間采用主、備雙信號(hào)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)通話系統(tǒng)，主、備信號(hào)系統(tǒng)完全相同，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可直接切換到另一系統(tǒng)運(yùn)行；操車控制系統(tǒng)為單系統(tǒng)，不能進(jìn)行旁路。當(dāng)下井口發(fā)送信號(hào)時(shí)，信號(hào)由下井口發(fā)送至上井口，上井口只能轉(zhuǎn)發(fā)相同的信號(hào)點(diǎn)，之后將信號(hào)發(fā)送至絞車房。在上下井口和絞車房發(fā)信號(hào)點(diǎn)時(shí)，能發(fā)出相應(yīng)的聲光信號(hào)。

5 感知控制一體化設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的感知控制一體化和智能化[10]，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)有機(jī)融合，在網(wǎng)絡(luò)層上，融合物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議與工業(yè)控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的有機(jī)關(guān)聯(lián)與協(xié)調(diào)。數(shù)據(jù)感知層實(shí)現(xiàn)各種感知數(shù)據(jù)的接入，并對(duì)感知數(shù)據(jù)做感知運(yùn)算，獲得感知識(shí)別結(jié)果作為控制層的執(zhí)行策略依據(jù)；控制業(yè)務(wù)層將感知結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)控制過(guò)程做邏輯無(wú)縫切入，實(shí)現(xiàn)控制關(guān)聯(lián)閉鎖，保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性。感知、控制系統(tǒng)一體化邏輯關(guān)系如圖4所示。

圖4 感知、控制系統(tǒng)一體化邏輯關(guān)系

5.1 通信融合

感知系統(tǒng)通過(guò)RTMP協(xié)議與高清攝像機(jī)通訊并獲取現(xiàn)場(chǎng)圖像[11]，通過(guò)圖像預(yù)處理后加載深度學(xué)習(xí)模型獲取感知特征，并通過(guò)RabbitMQ消息中間件發(fā)布感知結(jié)果至應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互。本安遙控器與報(bào)警傳感器作為I/O終端分別通過(guò)MQTT協(xié)議和WebSocket與感知系統(tǒng)交互[12-13]。在控制數(shù)據(jù)方面，采用ModbusTcp和ModbusRTU方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)通信與工業(yè)控制總線的融合應(yīng)用，打通系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)暢聯(lián)。

5.2 控制融合

在控制業(yè)務(wù)層上，當(dāng)PLC對(duì)操車系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)執(zhí)行邏輯動(dòng)作，包括對(duì)礦車、安全門(mén)等設(shè)備操作時(shí)，感知系統(tǒng)將實(shí)時(shí)獲取到的設(shè)備狀態(tài)識(shí)別結(jié)果發(fā)送到PLC作為控制的閉鎖條件。在設(shè)備動(dòng)作過(guò)程中，如果感知系統(tǒng)識(shí)別到安全隱患，同時(shí)輸出停車報(bào)警信號(hào)到執(zhí)行單元，以保障現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全性。

6 實(shí)際應(yīng)用效果

2021年11月，煤礦副立井智能操車系統(tǒng)在山東能源棗礦集團(tuán)田陳煤礦進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果。煤礦副立井智能操車系統(tǒng)應(yīng)用界面如圖5所示。

圖5 煤礦副立井智能操車系統(tǒng)應(yīng)用界面

6.1 社會(huì)效益

應(yīng)用煤礦副立井智能操車系統(tǒng)后，基于人工智能的圖像處理技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的視頻監(jiān)控，對(duì)礦車、人員、安全門(mén)等目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了智能化識(shí)別，提高安全作業(yè)及生產(chǎn)效率的同時(shí)，降低了操車作業(yè)中的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了煤礦副立井操車從自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)變，有效提高了煤礦智能化設(shè)備的應(yīng)用、管理與維護(hù)水平，提升了礦井提升機(jī)運(yùn)輸環(huán)節(jié)安全與生產(chǎn)管理信息化和決策智能化水平，實(shí)現(xiàn)了以智能設(shè)備換人的目標(biāo)。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

煤礦副立井智能操車系統(tǒng)投入使用前，副立井運(yùn)輸系統(tǒng)操作需要每班4人完成操作工作，煤礦副立井智能操車系統(tǒng)應(yīng)用后，上下井口只需2名操作人員即可完成副立井運(yùn)輸系統(tǒng)操作工作，按照每天3班計(jì)算，每天可節(jié)省6人，按照每人15萬(wàn)元/a 的工資計(jì)算，全年節(jié)省人員工資成本約90萬(wàn)元。

7 結(jié)論

煤礦副立井智能操車系統(tǒng)投入使用后，使得信號(hào)工、把勾工從繁瑣的機(jī)械操作流程中解放出來(lái)，大大節(jié)約了人力成本，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，不僅操作周期縮短了30%，而且提高了設(shè)備操作的流暢性。實(shí)現(xiàn)了煤礦井口固定區(qū)域的“無(wú)人值守，有人巡視”以及移動(dòng)區(qū)域的“少人值守、有人巡視”，達(dá)到了管、控、監(jiān)一體化及減員增效的目的。