導(dǎo)語：煤倉煤場管理是煤炭企業(yè)日常管理的重要環(huán)節(jié)。本期轉(zhuǎn)化果平臺推薦的《智慧倉儲無人值守系統(tǒng)研究與應(yīng)用》，通過分析煤倉煤場工作特點，開發(fā)應(yīng)用智能測量、圖像識別、智能管控、智能巡檢等軟硬件系統(tǒng)，形成智慧倉儲無人值守系統(tǒng)。通過應(yīng)用取得了良好的效果。歡迎致電400-1817-969垂詢！
一、前言
推進(jìn)數(shù)字化、智能化礦井轉(zhuǎn)型，是煤炭企業(yè)順應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的必由之路，“智慧倉儲無人值守系統(tǒng)的研究與應(yīng)用”項目也是當(dāng)前煤礦行業(yè)研究的重點方向之一，且在國內(nèi)智慧礦山領(lǐng)域還屬空白；為了填補(bǔ)此項空白，研發(fā)并解決了筒倉料位在線精準(zhǔn)測量卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)，并形成專利產(chǎn)品——智能煤位計。
二、研發(fā)背景
目前國內(nèi)外傳統(tǒng)筒倉料位計的測倉方式有雷達(dá)、激光、超聲波3D影像、聲吶、重錘等等，都屬于模糊測倉范疇，精度不高，具體表現(xiàn)為：
1.抗干擾能力弱，生產(chǎn)期間倉內(nèi)煤塵大，影響雷達(dá)探測；倉內(nèi)水氣大，影響激光測量；入倉物料粒度跨度大，影響3D影像測量；入倉聲音雜亂，影響聲吶測量；重錘料位計易埋錘斷繩。
2.生產(chǎn)期間采集的倉位數(shù)據(jù)（曲線）跳躍幅度大，與實際倉位不符，不能根據(jù)實際倉位指導(dǎo)生產(chǎn)和安排車輛運輸，經(jīng)常出現(xiàn)車輛等待裝載的現(xiàn)象，浪費車皮資源。
3.設(shè)備出現(xiàn)故障，維修不及時工，會增加后續(xù)設(shè)備空轉(zhuǎn)磨損及電耗。
4.單點入料多點卸料時：單組給煤機(jī)長時間運行，導(dǎo)致某個點位長時間低倉位或空倉運行（砸倉底），而下游皮帶經(jīng)常出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象（降低產(chǎn)量、浪費能耗、增加設(shè)備磨損）。
5.多點入料多點卸料時：由于種種原因經(jīng)常是單點入料，導(dǎo)致末煤堆積、塊煤滑向低點位，若此時出料時剛好開啟的是低點位給煤機(jī)，出料全是塊煤，下游破碎機(jī)工作負(fù)荷增大，易發(fā)生破碎機(jī)壓死現(xiàn)象，影響正常生產(chǎn)。
三、研究內(nèi)容
1.系統(tǒng)基本組成
智慧倉儲無人值守系統(tǒng)由料位終端傳感器（智能測倉儀）、水煤圖像識別防爆攝像頭、激光煤流（速）檢測儀和巡檢機(jī)器人等主要部件組成。
2.技術(shù)方案
解決多點陣均衡入倉、智能配煤、斷煤流與水煤的圖像識別、防潰倉和筒倉煤位精確監(jiān)測等難題；根據(jù)使用方的需求進(jìn)行工藝設(shè)計、平臺軟件設(shè)計、算法開發(fā)、多點陣接觸式煤位計傳感器自組網(wǎng)技術(shù)、控制軟件開發(fā)、產(chǎn)品測試、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等幾個步驟來實現(xiàn)上下游設(shè)備的智能控制。
3.技術(shù)研究
1）均衡入倉技術(shù)
（1）依據(jù)自主研發(fā)的接觸式煤位計（智能測倉儀）實時在線采集精確的倉位數(shù)據(jù)，生產(chǎn)期間煤位誤差±5mm；
在線精確測量
智能測倉儀
（2）依據(jù)多點陣測量原理，安裝多點陣接觸式煤位計（智能測倉儀）與自組網(wǎng)技術(shù)；
多點陣自組網(wǎng)
（3）軟件部分：通過對每個筒倉6～8個點陣傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，構(gòu)建煤位點陣數(shù)據(jù)庫；
（4）使用4G+5G物聯(lián)網(wǎng)透傳模塊，從倉上到配電室免布線，降低工程造價，減少施工勞動量，縮短施工改造周期；
（5）搭載了智控云手機(jī)APP軟件。
2)智控功能技術(shù)
在煤倉上安裝接觸式測倉儀，實現(xiàn)依據(jù)多點精確測量組網(wǎng)技術(shù)的智能控制。
（1）多點位入料時根據(jù)各個測量點位的高低自動灌倉，達(dá)到塊煤、末煤、倉位值均衡的效果，即：低點位入料，高點位停止，各點位循環(huán)往復(fù)，倉滿自動停止上級皮帶（預(yù)留點位），低倉位允許開機(jī)灌倉；
（2）多臺給煤機(jī)出料時依據(jù)高點位啟動倉下給煤機(jī)，低點位（≦3m）停止此給煤機(jī)并自動切換到其他同煤種高點位的給煤機(jī)繼續(xù)出料，保證下游皮帶的正常帶煤量、防止低倉位砸倉底和因拉空倉導(dǎo)致潰倉事故的發(fā)生。
（3）搭載了自主研發(fā)的手機(jī)APP，無需專門巡檢設(shè)備；設(shè)備發(fā)生故障時，維修工在收到手機(jī)APP推送的報警信息（故障點精準(zhǔn)判斷）時，第一時間帶上工具及所需配件趕往現(xiàn)場處理問題，縮短了維修時間，提高了生產(chǎn)效率，真正實現(xiàn)了自動化減人和無人值守的目的。
（4）根據(jù)煤位點陣數(shù)據(jù)庫，指導(dǎo)生產(chǎn)和安排車皮運輸。
4.斷煤流與水煤的圖像識別技術(shù)
1)技術(shù)總成
斷煤流與水煤的圖像識別監(jiān)測裝置主要包括電源、主控器、顯示屏、激光傳感器、防爆攝像頭及安裝附件組成。
激光傳感器安裝在倉下給煤機(jī)出料口溜槽上方；防爆攝像頭安裝在倉下給煤機(jī)出料口上方可視范圍廣的地點，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境較暗時，可配置補(bǔ)光燈，對給煤機(jī)出料口的水煤、堵倉、蓬倉和正常煤流狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)視。
倉下給煤機(jī)
2）硬件功能研究
（1）依據(jù)倉下給煤機(jī)出料口安裝的煤量監(jiān)測裝置（激光傳感器）對給煤機(jī)出料口煤的流速進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)監(jiān)測到倉下某一給煤機(jī)出料口煤的流速過快時，自動關(guān)閉相應(yīng)的設(shè)備（給煤機(jī)或閘板），抑制潰倉事故的發(fā)生，同時打開相同煤種高點位的給煤機(jī)繼續(xù)出料，保證正常生產(chǎn)；并報警提示該給煤機(jī)有潰倉跡象，提醒崗位工做好防范應(yīng)對措施。
（2）煤量監(jiān)測裝置（激光傳感器）監(jiān)測到倉下某一給煤機(jī)出料口的煤流稀少時，自動加大該給煤機(jī)的頻率或控制閘板開關(guān)（擾亂溜槽卡堵現(xiàn)象）如執(zhí)行三次還排除不了故障，將報警提示該給煤機(jī)溜槽發(fā)生卡堵現(xiàn)象，提醒人工處理，同時打開相同煤種高點位的給煤機(jī)繼續(xù)出料，保證正常生產(chǎn)。
（3）水煤圖像識別系統(tǒng)（防爆攝像頭）對水煤、堵倉、蓬倉和正常煤流現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)控；依據(jù)水煤圖像識別技術(shù)及邊緣計算，正常煤流呈松散狀，異常為泥石流狀或者泥乎乎狀；水煤（潰倉的前兆）＞正常煤流速為0.2m/s＜下料溜槽卡異物或蓬倉，達(dá)到杜絕潰倉和智能排除蓬倉、下料溜槽卡異物現(xiàn)象，并為PLC站或智控模塊提供技術(shù)參數(shù)。
3）軟件智控功能研究
斷煤流與水煤的圖像識別軟件實時監(jiān)控倉下給煤機(jī)出料口煤的流速，綜合分析當(dāng)前煤流量等級，得出結(jié)論控制變頻式給煤機(jī)的運行速度（或開關(guān)狀態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)煤量流速過快或煤流稀少等狀態(tài)時，通過4G+5G無線透傳模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC站或智控模塊，進(jìn)行邏輯運算，在上位機(jī)處或手機(jī)APP報警提示，并進(jìn)行異常狀態(tài)自動處理，配合防爆攝像頭實時查看現(xiàn)場，實現(xiàn)抑制潰倉事故的發(fā)生，保證正常生產(chǎn)的功能。
5.智能配煤研究
1）技術(shù)總成
（1）皮帶煤量監(jiān)測裝置主要包括電源、主控器、顯示屏和激光傳感器及安裝附件組成；
（2）電子皮帶秤主要由：雙機(jī)械秤架、稱重傳感器、速度傳感器、稱重顯示控制儀表、壁掛儀表柜、供橋箱以及安裝附件組成。
煤量監(jiān)測裝置激光傳感器和皮帶秤安裝在倉下皮帶機(jī)中部位置，減少動態(tài)測量對檢測準(zhǔn)確性的影響。
激光傳感安裝位置
皮帶秤安裝位置
2）硬件功能
（1）系統(tǒng)屏幕顯示瞬時煤截面面積，單位為cm2，主控器輸出開關(guān)量信號；
（2）系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（自動獲取零點基準(zhǔn)值）；
（3）煤量區(qū)段上下限設(shè)定；
（4）傳感器與皮帶距離初始值設(shè)定；
（5）安裝傳感器的數(shù)量設(shè)定；
（6）輸出七路繼電器信號；
（7）配置參數(shù)錯誤報送；
（8）密碼功能；
（9）自動稱量顯示瞬時流量和累計量 ；
（10）完善的實物標(biāo)定和檢驗功能 ；
（11）方便有效的掛碼、鏈碼標(biāo)定和檢驗功能 ；
（12）可鍵控和定時打印功能；
（13）零點自動跟蹤功能。
3）軟件智控功能
（1）根據(jù)調(diào)度配洗比例和瞬時帶煤量的數(shù)據(jù)，運用倉下皮帶上安裝的煤量監(jiān)測裝置（激光傳感器）+皮帶秤的數(shù)據(jù)，智能調(diào)整給煤機(jī)的頻率來對瞬時帶煤量進(jìn)行微調(diào)，控制各煤種的單一煤種帶煤量。
（2）實時監(jiān)控倉下皮帶輸送機(jī)上的順煤流煤量大小，綜合分析當(dāng)前煤流量等級，得出結(jié)論控制皮帶輸送機(jī)（或變頻式給煤機(jī)）的運行速度，使設(shè)備達(dá)到降低能耗，綠色運輸?shù)墓δ堋?
（3）當(dāng)激光傳感器檢測到該皮帶來煤時，對單臺給煤機(jī)的出料粗調(diào)和發(fā)生堵溜槽現(xiàn)象提供技術(shù)參數(shù)。
6.皮帶巡檢機(jī)器人監(jiān)測
1）技術(shù)總成
（1）皮帶巡檢機(jī)器人監(jiān)測裝置主要包括礦用皮帶巡檢裝置主機(jī)、礦用無線通訊基站、礦用隔爆兼本安型充電樁、調(diào)度上位機(jī)軟件和運行軌道。設(shè)備整體分布如下圖所示：
礦用皮帶巡檢主機(jī)及通訊基站
礦用隔爆兼本安型充電樁
軟件方案拓?fù)鋱D如下：
皮帶巡檢機(jī)器人群管理平臺
皮帶巡檢機(jī)器人監(jiān)控平臺
（2）礦用皮帶巡檢裝置的主要內(nèi)容與核心技術(shù)包括：行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人動力系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。
2）監(jiān)控功能
礦用皮帶巡檢機(jī)器人安裝在倉下給煤機(jī)和皮帶運輸機(jī)上方的運行軌道上自動往復(fù)移動，輔助“智慧倉儲無人值守系統(tǒng)實時監(jiān)控與采集的內(nèi)容如下：
（1）實時監(jiān)測倉下給煤機(jī)的運行狀況等各項數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障就地報警。同時，所采集的數(shù)據(jù)與報警數(shù)據(jù)通過無線基站網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心和手機(jī)APP上，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控或?qū)＜抑笇?dǎo)維修設(shè)備的目的。
（2）實時檢測環(huán)境溫度和設(shè)備表面溫度，超限報警。
（3）實時監(jiān)測瓦斯、煤塵等環(huán)境氣體濃度，超限報警。
（4）實時監(jiān)測皮帶起火、起煙等異常報警。
（5）實時監(jiān)測皮帶出現(xiàn)跑偏狀態(tài)時，將采集狀態(tài)信息傳輸?shù)窖矙z機(jī)器人采集模塊中，機(jī)器人根據(jù)跑偏故障等級，選擇遠(yuǎn)程提示、遠(yuǎn)程報警、就地停機(jī)報警等處置措施。
（6）巡檢機(jī)器人實時采集現(xiàn)場聲音狀態(tài)，后臺分析，并形成音頻波形，根據(jù)后臺音頻數(shù)據(jù)庫判定故障隱患，提示告警。
3）硬件功能
行走機(jī)構(gòu)、動力系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)研究、自主充電設(shè)備設(shè)計、后臺自學(xué)習(xí)算法開發(fā)。
4）軟件功能
視頻監(jiān)測功能、環(huán)境監(jiān)測功能、故障識別功能。
5）巡檢裝置自檢測功能
（1）巡檢機(jī)器人采用鋰電池供電，可實時監(jiān)測自身電量狀態(tài)并上傳電池電量信息，當(dāng)監(jiān)測到電池電量低于自保護(hù)極限值時，機(jī)器人會停止巡檢工作，返回就近充電站充電。
（2）巡檢機(jī)器人實時監(jiān)測行走電機(jī)狀態(tài)、位置信息和各傳感器參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常及時告警。
（3）巡檢機(jī)器人可在探測到行走方向指定距離范圍內(nèi)的障礙物時，主動剎車避障。
（4）巡檢機(jī)器人具有自動巡檢和人員手動操作功能，手動操作級別高于自動巡檢。在手動運行模式下，機(jī)器人可以調(diào)速運動，接近目標(biāo)地；自動工作方式時，機(jī)器人可按照預(yù)先設(shè)定速度自動行走。
（5）巡檢機(jī)器人具有主動查驗故障功能。例如，當(dāng)皮帶保護(hù)發(fā)生故障時，將故障信號傳遞給機(jī)器人，機(jī)器人將會到相應(yīng)的位置，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并上傳。
（6）巡檢機(jī)器人具有與現(xiàn)場噴霧等設(shè)備聯(lián)動功能。到達(dá)噴霧位置時，噴霧設(shè)備停止噴霧，離開噴霧位置時，噴霧設(shè)備開始噴霧。
（7）巡檢機(jī)器人在自動巡檢狀態(tài)下，每日可巡檢3～5次。
四、應(yīng)用效果
1.經(jīng)濟(jì)效益
某礦實施該無人值守系統(tǒng)后，大減少了潰倉、壓皮帶和壓破碎機(jī)次數(shù)，每年節(jié)約費用110余萬元。
2.社會效益
該系統(tǒng)投入使用后，縮短了下游皮帶運行時間，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了粉塵、噪音對職工身體造成的傷害。通過與系統(tǒng)電控融合，提高系統(tǒng)可靠度，減少了事故停機(jī)時間，改善了工作環(huán)境，提高了勞動生產(chǎn)率；同時減少了操作崗位工，節(jié)減了工資成本。
五、推廣應(yīng)用前景
煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，建立健全煤礦智能化標(biāo)準(zhǔn)體系，強(qiáng)化和完善底層實用技術(shù)無人化系統(tǒng)是煤礦智能化建設(shè)的必經(jīng)之路。
在本產(chǎn)品的實際應(yīng)用中，通過手機(jī)APP對上下游設(shè)備運行狀態(tài)集中監(jiān)控，降低了工人勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高了測倉精度，為推動選煤廠信息化和智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。對煤炭行業(yè)及其他類似礦山實現(xiàn)筒倉倉位在線精確檢測具有重要借鑒意義和廣闊的推廣前景。
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