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

        2021-12-27 17:05:21楊玉偉
        科學(xué)與生活 2021年22期
        關(guān)鍵詞:智能控制

        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(dòng)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(huì)有效減少下井工作人員的數(shù)量,也會(huì)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(gè)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(huì)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(shí)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(gè)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(huì)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(dòng)技術(shù)是逆煤流啟動(dòng),也就是要將上游和下游的輸送機(jī)全部啟動(dòng)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。控制技術(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(huì)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(huì)停止。若前后級均檢測到帶式輸送機(jī)有煤量信息,則將會(huì)按照逆煤流的方式啟動(dòng)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(huì)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(tái)

        3.1平臺(tái)建設(shè)

        (1)支持TB/PB級的存儲(chǔ)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(chǔ)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(tái)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(gè)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(tái)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(tái)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(tái)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(dòng)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(hào),并將其輸送到大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)視頻的儲(chǔ)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(dòng),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(tái)能夠?qū)ο到y(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、存儲(chǔ)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)

        [1]蔣衛(wèi)良,王興茹,劉冰,郗存根.煤礦智能化連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2020,48(07):134-142.

        [2]侯賓.無極繩連續(xù)牽引絞車運(yùn)輸系統(tǒng)在煤礦的推廣應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2014,33(31):36-37.

        [3]唐會(huì)成.煤礦井下連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)的Modbus多機(jī)通信[J].自動(dòng)化儀表,2014,39(06):25-27.

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