基于综合智能管控平台的主运皮带集控系统设计

2022-12-22王玉福

通信电源技术 2022年13期

王玉福

（开滦(集团)有限责任公司，河北唐山 063018）

0 引言

随着工业自动化技术、人工智能（Artifical Intelligent，AI）、机器视觉等先进技术的迅猛发展，基于机器视觉、变频器技术、计算机技术、巡检机器人和长距离通信等技术的矿井运输皮带集中控制系统已经成为煤矿企业的智能化生产环节中建设的重要环节[1]。

主运集控系统将皮带控制系统、保护系统、无线通信系统、AI视频监控系统有机地融合到一起，按要求定制最优化的皮带机启动方式。系统对皮带的控制信号、传感器信号等进行采集、处理，控制皮带设备的运行，通过太网接口与上位监控系统进行通信，实现数据的传输、集中处理，上位系统具有远程控制、状态监控、数据储存、模拟显示、故障报警等功能。

1 建设需求

主运集控系统建设需求如下所述。

（1）系统保护功能齐全、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）配置合理、节能控制技术先进、维护简单易行。

（2）将皮带控制、皮带保护、无线通信、视频监控等系统有机融合，能够根据煤流大小、方向、煤仓煤位进行煤流均衡自动控制，顺煤流启动、逆煤流停止，实现无人值守和远控功能。

（3）实现“有煤开车、无煤停车”。

（4）根据料流传感器的反馈信号，运用变频器技术实现“煤多快转、煤少慢转”，提高工作效率，减少皮带的机械磨损，节省电能。

（5）实现减员增效，只需留下少量的巡检人员。

（6）配置有效的设备保护，减少事故发生，延长设备的使用寿命。

（7）与综合智能管控平台对接，实现远程集中控制。

（8）与供水监测系统、安全监测系统、人员定位系统、智能AI系统等融合联动。

2 系统设计

按智能化建设要求，主运皮带智能化控制系统通过井下工业环网接入综合智能管控平台，实现数据共享，融合联动。在地面集控中心设置皮带远程集控平台，与综合智能管控平台对接，能够实时监测皮带运输系统运行工况，实时显示堆煤、烟雾、纵撕、跑偏、自动洒水、安全监测、人员定位以及电机工况等信息，具备信息存储、展示、查询、管理、统计以及打印等功能[2]。

系统实时采集井下皮带运输系统的运行状况，并能执行远程控制操作。集控平台上根据操作需求能够显示环境、设备运行状态、相关监测监控系统的预警信息，有助于管理人员执行相应的操作，实现井下皮带运输系统的集中监测、智能控制、保护显示及报警、视频联动、音频联动、机器人巡检与沿线通话以及故障检测等功能。对皮带运输系统实现远程集中控制时，对皮带的运行状态、电机电压、电流等运行参数进行实时监测，具备超限报警功能。给煤机加装控制模块，自动控制给煤量，能够实现远程控制[3]。

2.1 智能化集控设置

本设计中皮带智能化集控系统能够接入综合智能管控平台，实现主运皮带集控系统与安全生产中的安全监控系统、人员位置监测系统、供水监控系统、供电自动化系统、智能AI系统等充分融合，实现全面感知、数据共享、设备实时协同联动控制。

2.1.1 地面集控室

集控系统在地面集控中心设置监控工控机运行上位机监控软件，对皮带运输系统实现基于综合智能管控平台的远程集中控制。平台具备远程操作皮带运输系统功能，并集中在线监测皮带工况参数，具有分析与报警功能，监测数据可进行存储、展示、查询、管理，提供图表、统计、信息打印输出以及保护试验功能等功能。系统各画面内容充实，功能区域划分合理、方便操作，设备、设施采用图形化方式展现，图形简单大方，能够形象地反应各设备、设施状况[4]。

2.1.2 皮带运输机控制

在带式输送机机头分别设置PLC防爆箱、控制台各1台，防爆箱采用立式快开门结构，方便现场维修。电控系统控制核心采用西门子公司PLC，负责采集现场传感器的数据及状态，控制变频器的输出频率，调节皮带的运行速度，达到根据皮带运送煤炭的有无、多少来实现皮带节能运行的目的。控制箱预留以太网接口，可以与上位监控系统进行通信，实现数据的传输、集中处理。上位系统具有远程控制、状态监控、数据储存、模拟显示、故障报警等功能，满足现场的就地控制和远程集中控制。

控制系统采用数字通信技术、智能控制技术、终端感知技术、智能视频识别技术以及信息推送等多种新技术融为一体，对矿井带式输送机及其配套设备的运行状态、运行过程进行实时监测、综合保护和优化控制，实现胶带机智能保护（包括打滑/超速、急停、人员保护等）、智能控制、智能联动、智能调速，实现煤流运输的无人化，提高煤矿的智能化水平和运营管理水平，实现系统的无人值守[5]。

2.1.3 传感器

针对皮带距离较长情况，拉线急停需要加装中继电源。分别在机头机尾的煤仓各安装矿用本安型雷达物位传感器，实时检测煤仓煤位。

通过检测安装在皮带的受料点附近的料流图像识别装置信号，实时监测皮带上的煤量的大小，通过与变频器配合使用可实现物料大小与皮带速度实时在线调速的功能。

通过检测安装在皮带受料点附近的矿用输送带纵向撕裂图像识别报警装置，实现视频分析功能。当监控主机检测到输送机表面划伤、纵撕等故障时，能立刻语音报警，并输出报警信号，保证皮带运行[6]。

2.2 智能AI

皮带机头、机尾或给煤机处安装视觉设备（视觉堆煤、视觉纵撕、视觉料流、视觉异物以及水煤检测等），安装不同的位置可起到不同的作用。

在输送机的上方安装有矿用摄像仪及激光发射器，矿用摄像仪实时采集皮带图像，利用三维重建技术实时构建皮带载荷体积变化，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，摄像机拍摄物体表面图像，从被物体表面形状所调制了的条纹模式中，提取出物体的三维体积，然后经软件处理运算后得出当前皮带上物料体积，实现对煤流的实时检测。

2.3 巡检机器人

按预设巡检路线对相关区域、设施、设备进行巡检，对环境数据、设施情况、设备工况等信息进行采集，并将采集的数据进行智能化筛选、分析，以实现环境、设施异常情况和设备故障的诊断、预警等功能。机器人通过各种传感器实时采集现场的图像、声音、烟雾等信息，上传到集控中心，监测到异常工况时自动预警，并显示预警内容。在皮带巷适当位置加装巡检机器人充电电源，根据自身电量情况，实现自主充电或换电功能。