煤矿皮带智能化控制和AI视频识别技术研究

煤矿皮带智能化控制和AI视频识别技术研究

岳志华

天地（常州）自动化股份有限公司 江苏省 常州市 213000

摘要：煤矿的带式输送机负责原煤的运输工作，作为煤矿的基础传输设备，其作用是无法被替代的。随着我国煤炭行业不断发展，井下开采深度增加，采煤技术也得到了较大提升，而带式输送机在其中占据十分重要地位，它是实现煤炭生产机械化与自动化的关键装备之一。鉴于此，本文主要分析煤矿皮带智能化控制和AI视频识别技术。

关键词：煤矿皮带；智能化控制；AI视频识别

中图分类号：F406    文献标识码：A

1、引言

AI视频识别系统代表了对传统矿井生产和运输系统的一种创新和完善，它在安全管理和煤矿的进一步发展上展现出了前沿的视角和卓越的性能。随着人工智能时代的到来，其必将成为未来煤矿安全管理工作中不可或缺的一部分。煤矿的生产管理应该与大数据模型相结合，加强对新技术和新产业的学习，减少日常生产作业的流程，降低劳动强度，提高工作效率。

2、概述

在21世纪，人工智能逐渐崭露头角，成为推动人类经济和社会进步的有力工具，为社会、经济和日常生活带来了翻天覆地的变化。人工智能在各行各业发挥着越来越重要的作用。只有当人工智能与各个行业的业务流程、信息系统、生产系统等进行深度的跨领域合作时，它才能真正发挥其价值

随着国家对智能技术的高度重视，煤矿企业积极利用智能化手段进行矿井安全监测监控及综合决策指挥调度，实现了从“人”到“物”再到“云”的转变。在煤炭行业的安全生产管理中，寻找人工智能治理的新实践模式成为了一个不可避免的选择。

随着人工智能时代的到来，传统煤矿生产管理模式已难以满足新时期煤矿现代化管理需求。为了促进煤矿AI的智能技术与安全生产的有机结合，提高煤矿的安全生产标准，推进企业的安全管理智能化和现场管理的可视化，加强企业在安全生产方面的主体责任，增强安全生产的综合管理能力，并全方位地提高企业的基本安全水平，推广煤矿的“智能矿山AI感知技术”变得尤为重要。

3、智能化控制系统的架构

带式输送机智能控制系统主要依赖于PLC控制软件，它与PLC防爆控制站、上位机和保护传感器一同组成了一个智能化的监视体系。其可以对煤矿企业中所有的设备进行有效管理和监测，从而确保整个生产过程安全稳定地运行。该系统的结构主要由控制层、传感执行层、监控信息层和网络传输层组成，其中控制系统的底层是监控信息层，而网络传输层则是井下部分。传感执行层的主要职责是收集输送机相关的数据和执行指令。这些执行和采集功能是通过带式输送机上的传感器设备来完成的，例如载荷传感器、速度传感器和温度传感器等。在皮带运输机正常运行时，可将其作为一个整体来监测，同时也可根据实际需要设置不同类型的传感单元。这批传感器能够对带式运送机的工作状况和相关的数据参数进行实时和动态的监测与传输。一旦检测到任何紧急情况或胶带偏移等问题，它会立即关闭急停开关，导致带式运输机会被紧急锁定。

在地面控制系统中，主要包括服务器、监控软件、监控主机和备机等组件。其中，上位机使用的是组态软件，这款软件分为客户端和服务器两个部分。服务器可以实时处理和收集监测点的数据，而客户端可以利用服务器层的通信功能来获取数据，实现人机交互，实时监测传感器的状态，并可以设置带式运输机的启停延时时间参数。

控制层以PLC系统为核心，可将设备运行信息和输送机控制信息及时上送，并及时完成控制指令。一般在带式运输机头部都安装有一个控制箱来对接入设备进行有效的控制并处理有关信息，然后再采用先进的PLC系统来智能化其控制功能，实时监控带式运输机工作状态。

网络传输层是由地面和井下的环网交换机组成的工业级环网，这个传输层构成了一个封闭的环，通过这个环网，可以实现井上和井下的信息数据传输以及指令的下达。监控层主要对系统设备进行统一调度，若干控制以及实时监测等环节。

4、煤矿皮带智能化控制和AI视频识别技术分析

4.1、智能视频识别系统架构

煤矿安全智能视频识别系统体系结构划分为感知层，网络层，服务层以及应用层，将视频监控数据由访问，分析到显示，由存储到应用，再到系统管理无缝连接。

（1）感知层

与工业电视，安防监控摄像头录像连接，提供数据支撑的设备主要有视频设备，环境传感器，执行设备，门禁设备，单兵设备，人员定位和电气传感器等。

（2）网络层

视频专网和互联网为底层数据传输提供了通道，这包括有线网络、无线专网、蓝牙、WIFI、5G网络等。

（3）服务层

提供应用功能的数据分析模型包括人工智能平台以及深度学习平台等，涵盖统计分析服务，智能识别服务，智能分析算法库以及智能分析样本库等。具体来说，统计分析服务涵盖了故障诊断服务、运行状况分析服务、状态监控服务、状态评估服务、数据请求服务以及数据提交服务。智能识别服务主要有自主训练服务，算法匹配服务，深度学习服务，视频图片存储服务以及数据转换服务等。

（4）应用层

实现了该平台应用功能，主要包括设备状态可获知，执行过程可查看，作业环境可查看以及安全指标可现报等，并能自动采集设备状态数据，智能判断以及异常报警等功能，可以实现人员安全作业，安全防护规范，环境安全监测，故障统计，故障解决率和数据统计等功能。

4.2、集中控制系统的结构组成与主要功能

通过前端的AI摄像机可以实现煤流量，皮带异物，皮带撕裂，皮带危险源和皮带驱动超温等参数的智能辨识，达到智能调速的作用，并发出语音报警提示并同步输出联动控制信号。

输送机煤流自动智能控制与闭锁保护：该系统采用程序定制的方式，在支持各皮带之间闭锁保护的前提下，实现了按煤流走向状态自动顺序进行智能控制，能够实现任意地点装置起停车预警以及给煤机和带式输送机之间的联锁。通过皮带机头设置的AI摄像机对运输煤量的大小进行实时辨识；根据后皮带的煤量，调节前皮带的速度。以煤流量的大小为依据，并考虑煤流的工作时间，经过反复推敲，系统地建立了数学逻辑模型，然后对其调速。

胶带机防越界保护：带式输送机的重要监测位置设置中低速AI摄像机，皮带工作时，划定防跨范围内，若摄像机收到有对象越过皮带等不正常视频信号时，摄像机会在向上位机发送视频信号的同时进行语音警告播放，上级管理人员可结合现场实际情况确定是否停止该装置，为了避免带式输送机在安全生产过程中由于人员违规操作造成事故的发生。

撕裂识别设置方案：该系统对上胶带底面设备完整性进行实时视频检测，当发现带面异常改变后管理人员接收语音提示报警信号并即时停止运行，为了避免对设备造成进一步的破坏，同时报警信息保存在本地数据库中，以便管理人员在客户端对报警图片和报警记录进行实时查看，下载和管理。

异物识别设置方案：每个监控区域系统整个安装方案由AI摄像机、恒流源补光灯（必需）和矿用隔爆兼本安电源组成。AI智能摄像机有报警开关量的输出接口、自带的RS-485和以太网通信接口等，按照设定的规则向综合接入网关或皮带控制主机发送信号，本实用新型能够实现自动保护停机以达到降低设备磨损及降低能耗。

跑偏识别设置方案：将皮带边缘和托辊外沿之间的间距预设于检测软件上，并通过操作时检测来判断胶带跑偏情况。出现跑偏时，该系统会对现场语音预警、图像抓拍等处理，同时采取必要联动控制措施。

堆煤检测设置方案：利用激光雷达摄像机，检测皮带上堆煤情况。激光雷达发射出去返回的距离判定是否出现堆煤的情况，当识别到堆煤时，对画面进行抓拍、报警、生成报警记录，可在上位机软件上进行查看。

客户端软件支持闭环联动通信响应：支持联动声音报警（多路声音可以编辑内容，音量和播放次数）、过程录像、图片抓拍、联动干节点输出和MODBUS-TCP等协议输出。

5、结束语

煤矿输送机智能集控系统采用矿用隔爆兼本安PLC控制器作为系统的核心，利用地面工业控制组态软件作为系统的监控工具，将传感器数据与设备数据相结合，实现综合逻辑控制，辅助视频数据与音频通信，实现了煤矿输送机系统远程监控与智能化控制。

参考文献：

[1]颜传兴,史俊生,张传博.智能化视频识别技术在智慧煤矿安全管理中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2023(20):142-144.

[2]郭睿. 浅析煤矿智能化控制系统应用[N]. 山西经济日报,2023-09-16(004).