导语：煤仓煤场管理是煤炭企业日常管理的重要环节。本期转化果平台推荐的《智慧仓储无人值守系统研究与应用》，通过分析煤仓煤场工作特点，开发应用智能测量、图像识别、智能管控、智能巡检等软硬件系统，形成智慧仓储无人值守系统。通过应用取得了良好的效果。欢迎致电400-1817-969垂询！
一、前言
推进数字化、智能化矿井转型，是煤炭企业顺应产业发展趋势的必由之路，“智慧仓储无人值守系统的研究与应用”项目也是当前煤矿行业研究的重点方向之一，且在国内智慧矿山领域还属空白；为了填补此项空白，研发并解决了筒仓料位在线精准测量卡脖子的关键技术，并形成专利产品——智能煤位计。
二、研发背景
目前国内外传统筒仓料位计的测仓方式有雷达、激光、超声波3D影像、声呐、重锤等等，都属于模糊测仓范畴，精度不高，具体表现为：
1.抗干扰能力弱，生产期间仓内煤尘大，影响雷达探测；仓内水气大，影响激光测量；入仓物料粒度跨度大，影响3D影像测量；入仓声音杂乱，影响声呐测量；重锤料位计易埋锤断绳。
2.生产期间采集的仓位数据（曲线）跳跃幅度大，与实际仓位不符，不能根据实际仓位指导生产和安排车辆运输，经常出现车辆等待装载的现象，浪费车皮资源。
3.设备出现故障，维修不及时工，会增加后续设备空转磨损及电耗。
4.单点入料多点卸料时：单组给煤机长时间运行，导致某个点位长时间低仓位或空仓运行（砸仓底），而下游皮带经常出现大马拉小车现象（降低产量、浪费能耗、增加设备磨损）。
5.多点入料多点卸料时：由于种种原因经常是单点入料，导致末煤堆积、块煤滑向低点位，若此时出料时刚好开启的是低点位给煤机，出料全是块煤，下游破碎机工作负荷增大，易发生破碎机压死现象，影响正常生产。
三、研究内容
1.系统基本组成
智慧仓储无人值守系统由料位终端传感器（智能测仓仪）、水煤图像识别防爆摄像头、激光煤流（速）检测仪和巡检机器人等主要部件组成。
2.技术方案
解决多点阵均衡入仓、智能配煤、断煤流与水煤的图像识别、防溃仓和筒仓煤位精确监测等难题；根据使用方的需求进行工艺设计、平台软件设计、算法开发、多点阵接触式煤位计传感器自组网技术、控制软件开发、产品测试、联调联试等几个步骤来实现上下游设备的智能控制。
3.技术研究
1）均衡入仓技术
（1）依据自主研发的接触式煤位计（智能测仓仪）实时在线采集精确的仓位数据，生产期间煤位误差±5mm；
图2 在线精确测量
图3 智能测仓仪
（2）依据多点阵测量原理，安装多点阵接触式煤位计（智能测仓仪）与自组网技术；
图4 多点阵自组网
（3）软件部分：通过对每个筒仓6～8个点阵传感器数据进行融合分析，构建煤位点阵数据库；
（4）使用4G+5G物联网透传模块，从仓上到配电室免布线，降低工程造价，减少施工劳动量，缩短施工改造周期；
（5）搭载了智控云手机APP软件。
2)智控功能技术
在煤仓上安装接触式测仓仪，实现依据多点精确测量组网技术的智能控制。
（1）多点位入料时根据各个测量点位的高低自动灌仓，达到块煤、末煤、仓位值均衡的效果，即：低点位入料，高点位停止，各点位循环往复，仓满自动停止上级皮带（预留点位），低仓位允许开机灌仓；
（2）多台给煤机出料时依据高点位启动仓下给煤机，低点位（≦3m）停止此给煤机并自动切换到其他同煤种高点位的给煤机继续出料，保证下游皮带的正常带煤量、防止低仓位砸仓底和因拉空仓导致溃仓事故的发生。
（3）搭载了自主研发的手机APP，无需专门巡检设备；设备发生故障时，维修工在收到手机APP推送的报警信息（故障点精准判断）时，第一时间带上工具及所需配件赶往现场处理问题，缩短了维修时间，提高了生产效率，真正实现了自动化减人和无人值守的目的。
（4）根据煤位点阵数据库，指导生产和安排车皮运输。
4.断煤流与水煤的图像识别技术
1)技术总成
断煤流与水煤的图像识别监测装置主要包括电源、主控器、显示屏、激光传感器、防爆摄像头及安装附件组成。
激光传感器安装在仓下给煤机出料口溜槽上方；防爆摄像头安装在仓下给煤机出料口上方可视范围广的地点，当现场环境较暗时，可配置补光灯，对给煤机出料口的水煤、堵仓、蓬仓和正常煤流状态进行现场监视。
2）硬件功能研究
（1）依据仓下给煤机出料口安装的煤量监测装置（激光传感器）对给煤机出料口煤的流速进行监控；当监测到仓下某一给煤机出料口煤的流速过快时，自动关闭相应的设备（给煤机或闸板），抑制溃仓事故的发生，同时打开相同煤种高点位的给煤机继续出料，保证正常生产；并报警提示该给煤机有溃仓迹象，提醒岗位工做好防范应对措施。
（2）煤量监测装置（激光传感器）监测到仓下某一给煤机出料口的煤流稀少时，自动加大该给煤机的频率或控制闸板开关（扰乱溜槽卡堵现象）如执行三次还排除不了故障，将报警提示该给煤机溜槽发生卡堵现象，提醒人工处理，同时打开相同煤种高点位的给煤机继续出料，保证正常生产。
（3）水煤图像识别系统（防爆摄像头）对水煤、堵仓、蓬仓和正常煤流现象进行监控；依据水煤图像识别技术及边缘计算，正常煤流呈松散状，异常为泥石流状或者泥乎乎状；水煤（溃仓的前兆）＞正常煤流速为0.2m/s＜下料溜槽卡异物或蓬仓，达到杜绝溃仓和智能排除蓬仓、下料溜槽卡异物现象，并为PLC站或智控模块提供技术参数。
3）软件智控功能研究
断煤流与水煤的图像识别软件实时监控仓下给煤机出料口煤的流速，综合分析当前煤流量等级，得出结论控制变频式给煤机的运行速度（或开关状态），当出现煤量流速过快或煤流稀少等状态时，通过4G+5G无线透传模块把数据传输到PLC站或智控模块，进行逻辑运算，在上位机处或手机APP报警提示，并进行异常状态自动处理，配合防爆摄像头实时查看现场，实现抑制溃仓事故的发生，保证正常生产的功能。
5.智能配煤研究
1）技术总成
（1）皮带煤量监测装置主要包括电源、主控器、显示屏和激光传感器及安装附件组成；
（2）电子皮带秤主要由：双机械秤架、称重传感器、速度传感器、称重显示控制仪表、壁挂仪表柜、供桥箱以及安装附件组成。
煤量监测装置激光传感器和皮带秤安装在仓下皮带机中部位置，减少动态测量对检测准确性的影响。
图6 激光传感安装位置
图7 皮带秤安装位置
2）硬件功能
（1）系统屏幕显示瞬时煤截面面积，单位为cm2，主控器输出开关量信号；
（2）系统参数设置（自动获取零点基准值）；
（3）煤量区段上下限设定；
（4）传感器与皮带距离初始值设定；
（5）安装传感器的数量设定；
（6）输出七路继电器信号；
（7）配置参数错误报送；
（8）密码功能；
（9）自动称量显示瞬时流量和累计量 ；
（10）完善的实物标定和检验功能 ；
（11）方便有效的挂码、链码标定和检验功能 ；
（12）可键控和定时打印功能；
（13）零点自动跟踪功能。
3）软件智控功能
（1）根据调度配洗比例和瞬时带煤量的数据，运用仓下皮带上安装的煤量监测装置（激光传感器）+皮带秤的数据，智能调整给煤机的频率来对瞬时带煤量进行微调，控制各煤种的单一煤种带煤量。
（2）实时监控仓下皮带输送机上的顺煤流煤量大小，综合分析当前煤流量等级，得出结论控制皮带输送机（或变频式给煤机）的运行速度，使设备达到降低能耗，绿色运输的功能。
（3）当激光传感器检测到该皮带来煤时，对单台给煤机的出料粗调和发生堵溜槽现象提供技术参数。
6.皮带巡检机器人监测
1）技术总成
（1）皮带巡检机器人监测装置主要包括矿用皮带巡检装置主机、矿用无线通讯基站、矿用隔爆兼本安型充电桩、调度上位机软件和运行轨道。设备整体分布如下图所示：
软件方案拓扑图如下：
（2）矿用皮带巡检装置的主要内容与核心技术包括：行走机构、机器人动力系统、定位系统、供电系统、通讯系统、控制系统等组成。
2）监控功能
矿用皮带巡检机器人安装在仓下给煤机和皮带运输机上方的运行轨道上自动往复移动，辅助“智慧仓储无人值守系统实时监控与采集的内容如下：
（1）实时监测仓下给煤机的运行状况等各项数据，发现故障就地报警。同时，所采集的数据与报警数据通过无线基站网络传输到监控中心和手机APP上，达到远程监控或专家指导维修设备的目的。
（2）实时检测环境温度和设备表面温度，超限报警。
（3）实时监测瓦斯、煤尘等环境气体浓度，超限报警。
（4）实时监测皮带起火、起烟等异常报警。
（5）实时监测皮带出现跑偏状态时，将采集状态信息传输到巡检机器人采集模块中，机器人根据跑偏故障等级，选择远程提示、远程报警、就地停机报警等处置措施。
（6）巡检机器人实时采集现场声音状态，后台分析，并形成音频波形，根据后台音频数据库判定故障隐患，提示告警。
3）硬件功能
行走机构、动力系统、定位系统、供电系统、通讯系统、控制系统研究、自主充电设备设计、后台自学习算法开发。
4）软件功能
视频监测功能、环境监测功能、故障识别功能。
5）巡检装置自检测功能
（1）巡检机器人采用锂电池供电，可实时监测自身电量状态并上传电池电量信息，当监测到电池电量低于自保护极限值时，机器人会停止巡检工作，返回就近充电站充电。
（2）巡检机器人实时监测行走电机状态、位置信息和各传感器参数，发现异常及时告警。
（3）巡检机器人可在探测到行走方向指定距离范围内的障碍物时，主动刹车避障。
（4）巡检机器人具有自动巡检和人员手动操作功能，手动操作级别高于自动巡检。在手动运行模式下，机器人可以调速运动，接近目标地；自动工作方式时，机器人可按照预先设定速度自动行走。
（5）巡检机器人具有主动查验故障功能。例如，当皮带保护发生故障时，将故障信号传递给机器人，机器人将会到相应的位置，采集相关数据并上传。
（6）巡检机器人具有与现场喷雾等设备联动功能。到达喷雾位置时，喷雾设备停止喷雾，离开喷雾位置时，喷雾设备开始喷雾。
（7）巡检机器人在自动巡检状态下，每日可巡检3～5次。
四、应用效果
1.经济效益
某矿实施该无人值守系统后，大减少了溃仓、压皮带和压破碎机次数，每年节约费用110余万元。
2.社会效益
该系统投入使用后，缩短了下游皮带运行时间，延长了设备的使用寿命，减少了粉尘、噪音对职工身体造成的伤害。通过与系统电控融合，提高系统可靠度，减少了事故停机时间，改善了工作环境，提高了劳动生产率；同时减少了操作岗位工，节减了工资成本。
五、推广应用前景
煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，建立健全煤矿智能化标准体系，强化和完善底层实用技术无人化系统是煤矿智能化建设的必经之路。
在本产品的实际应用中，通过手机APP对上下游设备运行状态集中监控，降低了工人劳动强度和生产成本，提高了测仓精度，为推动选煤厂信息化和智能化发展奠定基础。对煤炭行业及其他类似矿山实现筒仓仓位在线精确检测具有重要借鉴意义和广阔的推广前景。
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