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        一種礦用水倉(cāng)智能安全管控系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用

        2022-09-01 12:30:38栗俊珉
        礦山機(jī)械 2022年8期
        關(guān)鍵詞:智能作業(yè)

        栗俊珉,陳 博

        1山西三元福達(dá)煤業(yè)有限公司 山西長(zhǎng)治 046300

        2太原科技大學(xué) 山西太原 030024

        隨著煤炭需求量的增長(zhǎng),煤炭企業(yè)加速推進(jìn)信息化、智能化建設(shè)。礦井水倉(cāng)作為煤礦排水系統(tǒng)的重要設(shè)施,用來(lái)沉淀泥沙延長(zhǎng)水泵使用壽命和正常排水,因此保證水倉(cāng)的有效容水量意義重大。

        水倉(cāng)通常安裝機(jī)械門(mén)鎖,機(jī)械門(mén)鎖存在開(kāi)啟費(fèi)時(shí)、緊急情況下來(lái)不及找鑰匙、工作時(shí)瓦斯監(jiān)測(cè)不及時(shí)、風(fēng)機(jī)響應(yīng)慢瓦斯超限以及作業(yè)人員中毒傷亡等問(wèn)題。

        智能門(mén)禁技術(shù)成熟,廣泛應(yīng)用于樓宇與辦公室等場(chǎng)合,目前只有少數(shù)煤炭企業(yè)采用智能水倉(cāng)門(mén)禁。智能水倉(cāng)門(mén)禁通過(guò)紅外行人檢測(cè)實(shí)現(xiàn)刷卡開(kāi)門(mén),遠(yuǎn)程開(kāi)門(mén),語(yǔ)音通信,同時(shí)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?,及時(shí)通風(fēng),保證人員安全。

        1 智能水倉(cāng)門(mén)禁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)

        1.1 智能水倉(cāng)門(mén)禁

        智能門(mén)禁由 LED 屏、通信、電源、無(wú)線監(jiān)控、射頻讀卡器、控制器以及電磁鎖組成,上位機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)、交換機(jī)與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,控制器對(duì)射頻讀卡器、電磁鎖進(jìn)行信息傳遞與控制,實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度室遠(yuǎn)程控制電磁鎖,從而啟閉智能水倉(cāng)門(mén)禁并顯示其狀態(tài),設(shè)置通信設(shè)備以及視頻監(jiān)控[1-2]。

        1.1.1 礦用智能門(mén)禁系統(tǒng)的工作原理

        當(dāng)瓦斯?jié)舛日r(shí),風(fēng)機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài),人員刷卡時(shí)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行 2 min,智能門(mén)禁打開(kāi)。電磁鎖關(guān)閉后風(fēng)機(jī)延時(shí) 2 min 停止,人體熱釋探頭探測(cè)硐室內(nèi)有人員活動(dòng),則發(fā)送控制信號(hào)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)并讓智能門(mén)禁保持開(kāi)啟狀態(tài)。

        當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí),聲光報(bào)警裝置工作提醒人員離開(kāi)硐室,風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)紅外檢測(cè)裝置檢測(cè)到硐室無(wú)人時(shí),智能門(mén)禁關(guān)閉,禁止人員入內(nèi),此時(shí)刷卡無(wú)效。瓦斯?jié)舛日2拍芩⒖ㄟM(jìn)入,智能門(mén)禁打開(kāi)后風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

        智能門(mén)禁系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程對(duì)講控制與事件記錄功能。井下作業(yè)人員可與地面監(jiān)控室進(jìn)行通信,信息確認(rèn)發(fā)出指令遠(yuǎn)程開(kāi)啟智能門(mén)禁,同時(shí)記錄此次操作信息。遠(yuǎn)程開(kāi)啟智能門(mén)禁后風(fēng)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)行上述相同步驟。智能門(mén)禁系統(tǒng)工作流程如圖 1 所示。

        圖1 智能門(mén)禁系統(tǒng)工作流程

        1.1.2 智能門(mén)禁的數(shù)據(jù)傳輸

        智能門(mén)禁由通信系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)兩部分組成,通信系統(tǒng)是基于 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)控制器與地面調(diào)度室的數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制;智能門(mén)禁系統(tǒng)依靠射頻識(shí)別技術(shù) (Radio Frequency Identification,RFID),讀卡器讀取射頻卡信息,識(shí)別權(quán)限決定是否打開(kāi)電磁鎖[3]。

        交換機(jī)與工業(yè)以太網(wǎng)負(fù)責(zé)傳感器與控制器之間的信息傳遞與交換、遠(yuǎn)程控制。控制器通過(guò)傳感器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制、傳輸,控制電磁鎖,并顯示其工作狀態(tài)。視頻監(jiān)控通過(guò) DVR 由以太網(wǎng)直接與上位機(jī)互通。設(shè)備聯(lián)網(wǎng)至以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通信設(shè)備直接就近接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng),其工作流程和系統(tǒng)如圖 2 所示。

        圖2 智能門(mén)禁系統(tǒng)

        1.2 智能監(jiān)測(cè)

        為實(shí)現(xiàn)水倉(cāng)內(nèi)有人員作業(yè)時(shí)風(fēng)機(jī)可靠連續(xù)工作,采用紅外探測(cè)對(duì)人體熱量紅外光進(jìn)行收集成像,進(jìn)行預(yù)處理和局部雙閾值圖像分割處理,利用一維 Haarlike 特征作為頭部次級(jí)篩選,采用 HOG 作為行人復(fù)雜特征的描述算子,判斷行人與識(shí)別[4]。

        紅外成像探測(cè)器下置俯仰角可調(diào)安裝底座,便于監(jiān)測(cè)區(qū)域調(diào)節(jié),內(nèi)部設(shè)計(jì)有溫度保護(hù)電路,傳感鏡頭前安裝有紅外窗口,紅外窗口的前方設(shè)計(jì)有除塵雨刷和風(fēng)扇,保證采集圖像的質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

        1.3 智能門(mén)禁系統(tǒng)的防通風(fēng)中斷和智能控制

        作業(yè)人員在水倉(cāng)區(qū)域作業(yè)時(shí),保證正常通風(fēng),設(shè)計(jì)中心處理器對(duì)各子模塊的控制,采用四路繼電器控制子模塊的通斷樞紐,輸入 12 V 直流電壓,內(nèi)置過(guò)流和反接保護(hù),控制電流不超過(guò) 10 A、功率 2 000 W電路。

        2 應(yīng)用效果

        本項(xiàng)目以三元福達(dá)煤業(yè)有限公司的水倉(cāng)安全管理為研究背景,采用智能控制設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方法,提出了一種水倉(cāng)智能安全管控系統(tǒng),具有操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)靈敏、較高的可靠性,并取得了良好的應(yīng)用效果。

        (1) 系統(tǒng)刷卡風(fēng)機(jī)啟動(dòng) 2 min 打開(kāi)門(mén)鎖保證了硐室內(nèi)部含氧量。

        (2) 自動(dòng)開(kāi)啟智能門(mén)禁前采集瓦斯傳感器狀態(tài)信號(hào),判斷是否可以打開(kāi)智能門(mén)禁,避免工作人員在瓦斯超限的工況下進(jìn)入水倉(cāng)。

        (3) 正常情況由刷卡來(lái)控制風(fēng)機(jī)的啟停,能夠避免非持卡工作人員誤停風(fēng)機(jī)的情況。

        (4) 熱釋傳感器保證硐室內(nèi)部有人活動(dòng)不會(huì)停止風(fēng)機(jī)和門(mén)禁閉鎖,當(dāng)智能門(mén)禁關(guān)閉,操作人員需要等待 2 min 后確認(rèn)硐室內(nèi)部沒(méi)有人員時(shí),刷卡后才能停止風(fēng)機(jī)。

        (5) 未刷卡使用智能門(mén)禁時(shí)風(fēng)機(jī)立即啟動(dòng),智能門(mén)禁關(guān)閉 2 min 后,風(fēng)機(jī)停止。

        (6) 智能門(mén)禁系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程對(duì)講控制與事件記錄、就地端與地面視頻對(duì)講功能,確認(rèn)準(zhǔn)許進(jìn)入后,可由地面控制中心遠(yuǎn)程開(kāi)啟智能門(mén)禁。

        (7) 智能門(mén)禁系統(tǒng)配備有 LED 顯示屏,便于判斷當(dāng)前系統(tǒng)正常狀態(tài)和“瓦斯超限禁止進(jìn)入”的故障工況。

        3 結(jié)語(yǔ)

        基于智慧礦山的發(fā)展理念,就礦業(yè)水倉(cāng)作業(yè)安全問(wèn)題提出一種礦用水倉(cāng)智能安全管控系統(tǒng),整體包括門(mén)禁與通風(fēng)兩個(gè)方面,實(shí)現(xiàn)二者的智能聯(lián)動(dòng),充分保障了作業(yè)人員的環(huán)境安全,在便捷了作業(yè)人員出入方式的同時(shí),又避免了其他人員誤入的問(wèn)題。該智能管理系統(tǒng)自動(dòng)化程度高,在節(jié)省人員、預(yù)防和避免水倉(cāng)安全事故上具有一定的借鑒和推廣意義。

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