一种智慧煤流控制系统、方法及可存储介质与流程

1.本发明涉及煤流控制技术领域，更具体的说是涉及一种智慧煤流控制系统、方法及可存储介质。


背景技术：

2.煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间，随着我国煤矿行业的快速发展，各种煤矿机械设备在煤炭生产中起到了越来越关键的作用，目前，在煤矿采区运输工作中，煤矿运输设备主要分为多级带式输送机和机车牵引矿车两类，其中多级带式输送机作为煤炭生产运输过程中的核心装备，具有输送距离远、运输量大、操作简单、稳定性高等优点。但是国内多级带式采煤机机带速度不能根据实时煤炭量进行智能控制，长期处于高速低负荷状态，增加了电能消耗，与煤炭行业“绿色发展”理念不符；在运输煤炭过程中，常掺杂大块煤矸、锚索等异物，极易造成运输系统煤流卡阻、堆煤、胶带撕裂，影响煤矿生产；多级带式输送机作业环境空气湿度大、粉尘多，对带式输送机的机电装置造成故障隐患，对生产线产生影响，导致生产损失。
3.因此，如何对现场装备、异物等进行检测及对皮带运行速度进行调控，保证煤流的安全输送，如何进一步促进矿井的自动化、智能化、无人化是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种智慧煤流控制系统、方法及可存储介质，保障了系统的可靠运行和煤炭安全生产，节约故障处理时间，对皮带运行速度进行调控，节能效益显著。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种智慧煤流控制系统，包括：智能巡检系统、异物识别与处理系统、煤流节能调速系统和集控系统；
6.所述智能巡检系统，基于获取的设备数据，确定所述设备的运行工况及参数关联关系，建立设备状态动态监测模型，通过对设备搭载多种传感器，实时采集巡检现场的图像、声音、红外热像及温度数据，烟雾、h2s、co、o2和ch4等气体浓度的信息，将图像、声音和数据实时归类存储和分析处理，实时显示在上位机的巷道模型中。对巷道内各个角度不同重点设备进行图像采集，包括托辊、电机、滚筒、电缆等设施；通过拾音器监听运行设备异音并与正常声音进行比较，异常时报警；通过检测环境中的h2s、co、o2和ch4气体浓度和烟雾是否超限，超限时报警；通过以上方法实时检测设备是否存在故障；
7.所述异物识别与处理系统，用于对采集的运转皮带图像进行中值滤波并通过图像直方图均衡化将图像归一化到一致的对比度区间，根据被测物的特征进行膨胀、腐蚀、顶帽处理，结合被测物形状的二进制对象特征，确定是否存在异物，若存在，记录异物位置，控制皮带机停止运行并对异物进行处理；
8.所述煤流节能调速系统，基于检测的煤位信号，控制给煤机给煤量，调节变频器的
运行速度，并得出准确的皮带速度保护信号；
9.所述集控系统，用于控制所述智能巡检系统、煤流节能调速系统。
10.上述的技术方案公开了智慧煤流控制系统的具体结构设置，对设备运行状态、煤量、输送速度、是否有异物进行实时监控，该系统进一步促进了矿井的自动化、智能化、无人化。
11.可选的，所述智能巡检系统包括用于采集现场工况数据的巡检机器人、用于支撑巡检机器人移动的轨道系统、用于牵引巡检机器人移动的牵引系统、基站、地面工作站，基站负责将控制箱需要传输的数据读取过来并发送给地面工作站，地面工作站对数据处理完毕后形成的控制指令再通过基站传输给控制箱；
12.基于获取的煤矿系统联网在线设备的当前运行状态数据和历史数据，所述巡检机器人利用大数据智能故障预警技术，获取设备的各种运行工况及参数关联关系，建立状态动态监测模型，实时发现设备的异常变化。
13.上述的技术方案公开了智能巡检系统的具体结构设置，采用人工智能技术、大数据预警技术对现场的设备进行巡检、监控，替代了人工巡检，节约了故障处理时间。
14.可选的，所述巡检机器人搭载固定摄像仪、双视云台摄像仪、拾音传感器及红外热像测温仪；
15.所述固定摄像仪安装于巡检机器人前端，用于实时采集沿轨道方向的整体现场工况，对现场进行全方位的可视化监控；
16.所述双视云台摄像仪，用于各个角度不同重点设备的图像采集；
17.所述拾音传感器，用于实时采集现场声音，并采用自适应动态降噪处理技术，判断是否有异常声音；
18.所述红外热像测温仪，通过捕捉设备辐射的热红外线，形成热视图像，定位高温故障点。
19.可选的，所述异物识别与处理系统包括固定值守机器人、异物处理子系统；
20.所述固定值守机器人，用于采集运转皮带图像并传输至计算机，对所述运转皮带图像进行处理，确定是否存在异物，结合获取的皮带速度，记录异物位置，并控制皮带机停止运行；
21.所述异物处理子系统，用于当检测到输送物料中存在异物时，对所述异物进行清理。
22.上述的技术方案公开了异物识别与处理系统的具体结构设置，采用机器学习技术对锚杆、钢管等异物进行检测，延长了带式输送机的使用年限，保障了系统可靠运行和煤炭安全生产。
23.可选的，所述煤流节能调速系统包括调速控制箱、煤量检测仪、煤量检测仪控制器、数据采集箱、速度传感器；所述煤量检测仪分别与所述调速控制箱、煤量检测仪控制器相连，所述调速控制箱与所述速度传感器相连，
24.所述煤量检测仪，用于检测煤位信号并将所述煤位信号传输至煤仓给煤机闸门控制器和上仓皮带机，对煤仓进行满仓保护及控制煤仓给煤机闸门开度；
25.所述数据采集箱，用于采集皮带机的保护数据，对数据经行汇总后传输至调速控制箱，其中，皮带机的保护数据包括温度、烟雾、堆煤、张紧、撕裂、急停、跑偏等；
26.所述调速控制箱，用于接收原皮带主控的控制运行信号，通过所述煤仓给煤机闸门开度判断皮带上带煤量，调节变频器的运行速度；
27.所述速度传感器，用于测量皮带的速度值并与所述变频器的运行速度进行对比，得到准确的皮带速度保护信号；
28.所述煤量检测仪控制器，用于当检测到系统故障时，控制所述煤量检测仪停止参与对皮带的控制。
29.上述的技术方案公开了煤流节能调速系统的具体结构设置，对煤仓和皮带煤量进行检测，根据煤量大小对皮带运行速度进行调控，节能效益显著。
30.可选的，所述集控系统包括地面集控室、可编程控制箱；
31.所述地面集控室，用于在地面控制所述智能巡检系统、煤流节能调速系统；
32.所述可编程控制箱，用于在井下控制所述智能巡检系统、煤流节能调速系统。
33.本发明还提供了一种智慧煤流控制方法，包括以下步骤：
34.基于获取的设备数据，确定设备的运行工况及参数关联关系，建立设备状态动态监测模型，实时检测设备是否存在故障；
35.基于采集的皮带图像，确定是否存在异物，若存在，记录异物位置，控制皮带机停止运行并对异物进行处理；
36.基于检测的煤位信号，控制给煤机给煤量并判断皮带上带煤量，调节变频器的运行速度，并得出准确的皮带速度保护信号。
37.可选的，所述确定是否存在异物，包括以下步骤：
38.将采集的运转皮带图像传输到计算机，对所述运转皮带图像进行中值滤波去除散斑噪声，通过图像直方图均衡化将图像归一化到一致的对比度区间，根据被测物的特征进行膨胀、腐蚀、顶帽处理，结合被测物形状的二进制对象特征，确定是否存在被测物。
39.本发明还提供了一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述智慧煤流控制方法的步骤。
40.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种智慧煤流控制系统、方法及可存储介质，具有以下有益效果：本发明提出的技术方案可以在设备运行过程中更准确、更灵敏地发现设备的异常变化，能够比人工巡检更早的发现设备问题，将设备的缺陷隐患消除在萌芽状态，减少因设备故障造成的损失；还可以对锚杆、钢管等异物进行检测，减少皮带机纵撕、堵料等事故的发生，保障系统可靠运行和煤炭安全生产；还可以对煤仓和皮带煤量进行检测，根据煤量大小对皮带运行速度进行调控，节能效益显著。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
42.图1是智慧煤流控制系统的功能示意图；
43.图2是本安型双视云台摄像仪实物图；
44.图3是固定值守机器人异物检测示意图；
45.图4是巡检智能通讯布局示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.实施例1
48.本发明实施例公开了一种智慧煤流控制系统，如图1所示，包括：智能巡检系统、异物识别与处理系统、煤流节能调速系统和集控系统；
49.智能巡检系统，基于获取的设备数据，确定设备的运行工况及参数关联关系，建立设备状态动态监测模型，实时检测设备是否存在故障；
50.异物识别与处理系统，用于对采集的运转皮带图像进行中值滤波并通过图像直方图均衡化将图像归一化到一致的对比度区间，根据被测物的特征进行膨胀、腐蚀、顶帽处理，结合被测物形状的二进制对象特征，确定是否存在异物，若存在，记录异物位置，控制皮带机停止运行并对异物进行处理；
51.煤流节能调速系统，基于检测的煤位信号，控制给煤机给煤量，调节变频器的运行速度，并得出准确的皮带速度保护信号；
52.集控系统，用于控制智能巡检系统、煤流节能调速系统。
53.进一步的，智能巡检系统包括用于采集现场工况数据的巡检机器人、用于支撑巡检机器人移动的轨道系统、用于牵引巡检机器人移动的牵引系统、基站、地面工作站，基站负责将控制箱得需要传输的数据读取过来并发送给地面工作站，地面工作站对数据处理完毕后形成的控制指令再通过基站传输给控制箱；巡检机器人为现场工况数据的采集终端，钢丝绳驱动系统是巡检机器人移动的动力来源，巡检机器人通过无线通讯的方式将采集到的数据传输至上位机系统，上位机系统对数据进行分析及报警，轨道系统则是机器人本体的运行基础。
54.巡检机器人本体搭载有本安型固定摄像仪和本安型双视云台摄像仪，实现人工巡检的“望”。本安型固定摄像仪采用30倍光学调焦可见光摄像机，安装于机器人本体前端，能够实时采集沿轨道方向的整体现场工况，实现现场的整体全方位可视化监控；本安型双视云台摄像仪(如图2所示)集成了云台、红外热像仪、可见光摄像机及补光灯，整体采用本安设计，实现了各个角度不同重点设备的图像采集，如皮带、托辊、滚筒，以及电缆、管路等；巡检机器人搭载了高灵敏度拾音传感器，代替巡检工的“闻”，实时采集现场声音，采用自适应动态降噪处理技术，内置高速dsp数字信号处理器，结合音频模型算法识别处理，判断是否有异常声音；巡检机器人采用非接触式红外热像测温仪，代替巡检工的“触”，通过捕捉设备辐射的热红外线，能够准确检测设备表面各个温度数值，形成热视图像，直观展示设备温度分布情况，快速定位高温故障点，可检测较高温度的转轴部位，如滚筒、托辊等。
55.巡检机器人通过工业以太网与煤矿整个环网连接，根据需要可以准确、实时、全面获取煤矿系统联网在线设备的当前运行状态数据和历史数据，数据集中存储在一个控制中心，巡检机器人的大数据智能故障预警技术能够基于这些设备数据，从设备运行的海量历
史数据中分析出设备的各种运行工况及参数关联关系，建立状态动态监测模型，在设备运行过程中更准确、更灵敏地发现设备的异常变化，这比人工巡检更早的发现设备问题，将设备的缺陷隐患消除在萌芽状态，减少因设备故障造成的损失。
56.进一步的，异物识别与处理系统由固定值守机器人和智能除铁系统组成。固守值守机器人主要由图像采集、补光照明、防爆计算机组成，高速工业相机将采集的高速运转皮带图像传输到计算机，对图像进行中值滤波去除图像中的散斑噪声，通过图像直方图均衡化使得图像归一化到一致的对比度区间，再根据被测物的特征通过膨胀、腐蚀、顶帽等处理，结合被测物形状的二进制对象特征确定是否存在被测物(如图3所示)；固定值守机器人除分析摄像机还搭载一台高清摄像机，能够在皮带正常运行时提供装料点视频图像，通过以太网光纤信号传输至需要显示的调度室或者区队。
57.根据分析结果可与皮带机保护系统进行闭锁联动控制，发现异常物料及时报警，结合从皮带控制系统获取时的皮带速度，记录异物位置，联动皮带控制系统控制皮带机停止运行，减少皮带机纵撕、堵料等事故的发生。
58.通过金属探测器探测到输送物料中混有金属后，金属探测器向通讯分站发出有铁信号，通讯分站向电磁除铁器控制箱发出信号启动电磁除铁器，电磁除铁器启动时间可调，金属被吸起后除铁器能自动移到皮带外侧，断电卸除铁器，卸完后自动返回皮带上方。除铁模式分两种方式：有铁就除、定时除铁。
59.进一步的，煤流节能调速系统主要由调速防爆控制箱、矿用隔爆型煤量检测仪、ybm10-k矿用隔爆型煤量检测仪控制器、数据采集箱、速度传感器等设备组成。煤仓上口设置两台矿用隔爆型煤量检测仪将煤位信号分别传到煤仓给煤机闸门控制器和上仓皮带机，其中一台控制上仓皮带机作为满仓保护使用，另一台控制煤仓给煤机闸门开度，闸门控制器根据煤位调节闸门开度控制给煤机给煤量，为控制箱的变频调速提供准确的依据；数据采集箱采集皮带机的保护数据(比如温度、烟雾、堆煤、张紧、撕裂、急停、跑偏等)，对数据经行汇总后传输至调速防爆控制箱；调速防爆控制箱接收原皮带主控的控制运行信号，之后通过煤仓开度大小判断皮带上带煤量，调节变频器的运行速度，使得皮带变频达到节能驱动的目的；调速过程中因为皮带的带速一直处于可变状态，所以用速度传感器测量皮带的速度值与变频器的运行速度进行对比，得出准确的皮带速度保护信号。
60.皮带调速系统控制具备手动、自动模式。通过判断的煤量并将数据传输到plc进行数据分析和处理，结合电机电流，前、后级皮带运行情况进行综合分析最终对皮带变频器进行速度调整方案，综合数据分析出来后plc为变频器发出调速指令使变频器进行升、降速调整使皮带上煤量运输保持在一个最合理的范围内；也可以独立运行，系统故障时自动退出皮带系统控制，不干扰原皮带机电控系统正常控制及皮带运行，输出固定频率让皮带运行。
61.进一步的，集控系统包括地面集控室、可编程控制箱；其中，地面集控室，用于方便在地面控制智能巡检系统、煤流节能调速系统；可编程控制箱，用于方便在井下控制智能巡检系统、煤流节能调速系统。
62.实施例2
63.本发明实施例公开了一种智慧煤流控制方法，包括以下步骤：
64.基于获取的设备数据，确定设备的运行工况及参数关联关系，建立设备状态动态监测模型，实时检测设备是否存在故障；
65.基于采集的皮带图像，确定是否存在异物，若存在，记录异物位置，控制皮带机停止运行并对异物进行处理；
66.基于检测的煤位信号，控制给煤机给煤量并判断皮带上带煤量，调节变频器的运行速度，并得出准确的皮带速度保护信号。
67.本发明实施例还公开了一种计算机可存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述智慧煤流控制方法的步骤。
68.下面通过具体的实施例，以对唐家会煤矿的主煤流运输系统进行改造为例，对本发明中的智慧煤流控制系统的设计及搭建进行解释说明。
69.考虑机器人现场转弯半径空间及机器人钢丝绳牵引驱动的特殊性，结合现场巷道实际情况综合考虑，在第一条及第三条皮带各安装一套巡检机器人，来满足皮带机巡检需求，第二台皮带机采用固定值守机器人和矿用防爆本安云台摄像仪相结合方式对皮带机运转情况进行实时监测。
70.在巷道侧壁吊挂机器人运行轨道，沿轨道左右侧布设一闭合圈钢丝绳，钢丝绳传动中间过程每12米需要安装托辊轮支架组件，每6米安装轨道支撑梁、大平垫及螺钉用于固定工字钢轨道。在轨道尽头一端安装机器人驱动装置和驱动控制箱，另一端尽头安装张紧装置。
71.巷道沿线安装无线基站，保证机器人运行区间内无线网络的全面覆盖。地面控制室内安装机器人远程工作站，实现机器人的远程控制及监护。远程工作站通过网线并入到矿局域网内，井下无线基站、驱动控制箱也通过网线或光纤并入到矿局域网内，使得远程控制站、驱动控制箱与无线基站之间能够完成数据通讯，确保机器人监控的实时性，如图4所示。
72.固定值守机器人主要安装在皮带落煤点附近。在六煤南皮带机和61304皮带搭接处安装一套异物抓拍分析设备，辨别系统中杂物，并和智能除铁器联动；在775放煤口安装一套异物抓拍分析设备，分析有无杂物、水煤，有无窜眼。南翼机尾安装一套异物抓拍分析设备，识别系统中的杂物。
73.在上仓皮带机、六煤南皮带机、61304皮带机安装速度传感器；在61304皮带机头往后350米处安装矿用隔爆型煤量检测仪、矿用隔爆型煤量检测仪控制器、矿用隔爆兼本安型数据采集箱，在煤仓下口给煤机平台装设独立的控制设备，煤仓上口设信号采集箱，实现对两台给煤机和两台液压驱动闸板的自动化控制。每台电气驱动闸板侧面装设4个接近开关，用于检测闸板开度，分别是：关到位、1/3开度、2/3开度和全开四个档位位置，在煤仓上口设置雷达物位仪，当煤位低于5米时，自动调节煤仓下口给煤机闸门关闭；当煤位低于10米时，自动调节煤仓下口给煤机闸门1/3；当煤位在10米至20米，位置自动调节煤仓下口给煤机闸门至2/3开度位置；当煤位在20米以上，自动调节煤仓下口给煤机闸门至最大位置。同时当煤位在20米以上，系统报警，对上仓皮带系统进行满仓保护，将上仓皮带机和6煤南皮带机自动调至最低速度，停止61304顺槽皮带机运行。
74.针对国内现有的多级带式采煤机遇到的问题，本发明提出的技术方案具有以下有益效果：异物识别与处理系统采用机器学习技术对锚杆、钢管等异物进行检测，延长了带式输送机的使用年限，保障了系统可靠运行和煤炭安全生产；智能巡检机器人采用人工智能技术、大数据预警技术对现场的装备进行巡检、监控，替代了人工巡检，节约了故障处理时
间；煤流智能调速系统对煤仓和皮带煤量进行检测，根据煤量大小对皮带运行速度进行调控，节能效益显著，该系统进一步促进了矿井的自动化、智能化、无人化，具有重要的意义。
75.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
76.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。