基于機(jī)器視覺(jué)的架空乘人裝置智能控制系統(tǒng)的改造研究

柴曉軍

（大同煤礦集團(tuán)同生樹(shù)兒里煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

1 架空乘人裝置應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

樹(shù)兒里煤業(yè)主斜井采用RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置，最大工作適應(yīng)距離1500 m，電機(jī)型號(hào)為YBK2-250M-6，電機(jī)功率37 kW，運(yùn)輸速度1.14 m/s，傾角28°，鋼絲繩型號(hào)為24-6X19S-1870 型，鋼絲繩直徑24 mm，最大靜張力46.6 kN，安全系數(shù)6，雙向最大輸送效率為206 人/小時(shí)，采用固定式單輪驅(qū)動(dòng)循環(huán)式布置，重錘張緊，驅(qū)動(dòng)部為電機(jī)+減速機(jī)驅(qū)動(dòng)?？傃b示意圖如圖1。

圖1 RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置總裝示意圖

該架空乘人裝置采用基于三菱PLC 的伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)、保護(hù)裝置、語(yǔ)音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制，裝置可以進(jìn)行一鍵開(kāi)啟/停止操作，也可以采用預(yù)設(shè)定模式進(jìn)行動(dòng)作，同時(shí)具有感受異常運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行聲光報(bào)警功能。該架空乘人裝置基本上是24 h 不間斷運(yùn)行，如需要停止一般是由人工進(jìn)行手動(dòng)操作停止，裝置停止運(yùn)行后如有人需要乘坐，必須聯(lián)系調(diào)度室調(diào)度員，由調(diào)度員指示架空乘人裝置工作人員手動(dòng)操作重新啟動(dòng)架空乘人裝置。從應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，裝置無(wú)法自動(dòng)檢測(cè)是否有人員在架空乘人裝置，往往乘坐人員全部下車后設(shè)備仍然還在空轉(zhuǎn)運(yùn)行當(dāng)中，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。該裝置長(zhǎng)期24 h 不間斷運(yùn)行，設(shè)備維修和保養(yǎng)周期縮短、費(fèi)用增加，同時(shí)降低了設(shè)備的使用壽命。

基于RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置人工控制措施存在的種種問(wèn)題，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化，將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備的控制系統(tǒng)當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的智能控制和智能調(diào)速。

設(shè)計(jì)采用機(jī)器視覺(jué)和熱釋紅外傳感器綜合判斷人員乘坐示意圖，實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置的自動(dòng)運(yùn)行。

2 架空乘人裝置智能控制系統(tǒng)的改造方案

2.1 改造方案

改造后的架空乘人裝置控制系統(tǒng)如圖2 所示，主要包括就地操作單元、變頻器、就地控制器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、PLC 控制器和光電轉(zhuǎn)換，其中信號(hào)轉(zhuǎn)換器、PLC 控制器和光電轉(zhuǎn)換為新增加設(shè)備。核心采用西門子S7-500 系列PLC 控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)架空乘人裝置的遠(yuǎn)程啟停；信號(hào)轉(zhuǎn)換器將原控制系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行參數(shù)的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行讀取；信號(hào)轉(zhuǎn)換器、PLC 控制器自帶以太網(wǎng)接口，匯聚至光電轉(zhuǎn)換模塊一并接入煤礦環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。新增的控制設(shè)備可以將架空乘人裝置運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)上傳至地面調(diào)度室的集中控制中心，進(jìn)而在集中控制中心對(duì)架空乘人裝置實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，主要包括有預(yù)警、啟停、急停、復(fù)位信號(hào)等。

圖2 改造后架空乘人裝置控制系統(tǒng)示意圖

2.2 工作過(guò)程及原理

在樹(shù)兒里煤業(yè)主斜井RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置的一區(qū)段、二區(qū)段、+550 m 水平段乘人上下車點(diǎn)安設(shè)GUR7.5 礦用本安型熱釋紅外傳感器。人體體溫為36～37 ℃，會(huì)發(fā)現(xiàn)10 μm 左右的紅包外，當(dāng)有行人進(jìn)入熱釋紅外傳感器受控區(qū)域時(shí)，熱釋紅外傳感器可以檢測(cè)到人體體溫釋放的紅外信號(hào)（檢測(cè)距離可達(dá)5 m 以上），經(jīng)過(guò)BISS0001 集成塊處理并輸出繼電器常閉信號(hào)；當(dāng)無(wú)行人移動(dòng)時(shí)，熱釋紅外傳感器感應(yīng)到的只是背景溫度，經(jīng)過(guò)BISS0001集成塊處理并輸出繼電器常開(kāi)信號(hào)。根據(jù)熱釋紅外傳感器采集到的常閉信號(hào)和常開(kāi)信號(hào)，可以基于行人的位移情況自動(dòng)觸發(fā)架空乘人裝置運(yùn)行開(kāi)關(guān)的啟停，同時(shí)在架空乘人裝置沿線的乘人點(diǎn)安裝智能識(shí)別攝像儀，如圖3。

圖3 架空乘人裝置沿線乘人點(diǎn)智能識(shí)別攝像儀安裝

在架空乘人裝置智能控制系統(tǒng)及智能識(shí)別攝像儀中采用了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，可在圖像及圖像描述之間建立映射關(guān)系，采用計(jì)算機(jī)與數(shù)字圖像進(jìn)行處理和分析進(jìn)而掌握視頻畫面內(nèi)容，結(jié)合熱釋電傳感器的輔助判斷，通過(guò)數(shù)學(xué)建模，可有效判斷人員乘坐方向和乘坐數(shù)量。在該基礎(chǔ)上，智能控制系統(tǒng)可以智能控制設(shè)備的運(yùn)行模式和狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)架空乘人裝置在上、下班時(shí)間段全速運(yùn)行，在人少時(shí)間段實(shí)現(xiàn)自動(dòng)低速運(yùn)行模式，在無(wú)人狀態(tài)下可智能停止運(yùn)行。

3 實(shí)踐應(yīng)用及效果分析

2021 年5 月樹(shù)兒里煤業(yè)主斜井RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置完成基于機(jī)器視覺(jué)的架空乘人裝置智能控制的安裝和調(diào)試，并投入到了實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中。從2021 年5 月至今，改造后的架空乘人裝置和控制系統(tǒng)整體運(yùn)行正常，設(shè)備運(yùn)行效率大幅度提高，其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）實(shí)現(xiàn)了不同時(shí)間段采取不同的運(yùn)行模式，運(yùn)行有序高效，設(shè)備損耗降低，可減少架空乘人裝置崗位工作人員。

（2）可實(shí)現(xiàn)智能調(diào)速運(yùn)行，在滿足員工乘坐的基礎(chǔ)上，又能減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，節(jié)能降耗效果顯著。

（3）架空乘人裝置控制系統(tǒng)接入到了地面調(diào)度集中控制中心，在集中控制中心可遠(yuǎn)程對(duì)架空乘人裝置的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)智能識(shí)別攝像儀圖像數(shù)據(jù)對(duì)人員乘坐方向和乘坐數(shù)量進(jìn)行判斷，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，可遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟停止、報(bào)警復(fù)位、強(qiáng)制解鎖等操作。

（4）在集中控制中心可以實(shí)時(shí)掌握架空乘人裝置運(yùn)行的速度、油溫、油位，變頻器頻率以及頻率給定值，可在合理的時(shí)間段對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修和保養(yǎng)，降低維修和保養(yǎng)成本。

（5）在集中控制中心可掌握架空乘人裝置運(yùn)行的電耗情況，從而制定合理的用電方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)備科學(xué)調(diào)荷避峰，降低設(shè)備運(yùn)行用電成本。

4 安全經(jīng)濟(jì)效益分析

基于機(jī)器視覺(jué)的架空乘人裝置智能控制系統(tǒng)投入實(shí)踐應(yīng)用后，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前架空乘人裝置已運(yùn)行半年之久，無(wú)一起安全事故發(fā)生，智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用保障了設(shè)備運(yùn)行的安全性，安全效益顯著。

改造后，設(shè)備每日可節(jié)省停止運(yùn)行時(shí)間約為8 h，每年可節(jié)約用電量約為106 560 kW·h，預(yù)計(jì)每年可節(jié)省電費(fèi)4.9萬(wàn)元；設(shè)備每年可節(jié)約潤(rùn)滑油費(fèi)用約2.6萬(wàn)元；每年可節(jié)約脫繩輪和鋼絲繩費(fèi)用約3.5 萬(wàn)元；可減少架空乘人裝置司機(jī)崗位工3 人，每年可節(jié)省人力費(fèi)用約45 萬(wàn)元。該項(xiàng)目的實(shí)踐應(yīng)用每年可為煤礦節(jié)省費(fèi)用約55 萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。基于機(jī)器視覺(jué)的架空乘人裝置智能控制系統(tǒng)具有智能性和先進(jìn)性，可在同類型架空乘人裝置中進(jìn)行推廣應(yīng)用。