機器視覺技術(shù)在架空乘人裝置智能控制中的應(yīng)用

趙 樂

（汾西礦業(yè)集團有限責(zé)任公司靈北煤礦，山西 靈石 031302）

引言

現(xiàn)階段架空乘人裝置運行采用手動控制，每班需安排專人操控架空乘人裝置啟停，但是由于無法實時掌握沿途乘坐人員數(shù)量，一般架空裝置采用恒速運行方式[1-2]。雖然架空承人裝置驅(qū)動系統(tǒng)安裝有變頻器，但僅起到軟啟動功能，未能充分發(fā)揮節(jié)能降耗效果[3]。為此，本文提出將機器視覺技術(shù)應(yīng)用到架空乘人裝置控制中，通過分析乘坐人數(shù)對架空乘人裝置運行速度進行智能控制，不僅可實現(xiàn)無人值守，而且有助于降低能耗。

1 山西某礦架空乘人裝置概況

山西某礦井下布置5 部架空乘人裝置，通過搭接提高地面到工作點通行效率。架空乘人裝置總的運輸里程達(dá)到26.5 km。架空乘人裝置結(jié)構(gòu)主要包括防爆電機（永磁電機）、驅(qū)動輪、配重塊、牽引鋼絲繩、迂回輪架及組件等。架空乘人裝置采用變頻器控制運行，運行速度理論上可實現(xiàn)0～2.3 m/s，現(xiàn)場應(yīng)用過程中架空乘人裝置多保持0.8 m/s 速度運行，主要是由于架空乘人裝置運行速度調(diào)節(jié)面臨需安排專人值守、速度調(diào)節(jié)無依據(jù)等問題。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，礦井布置的架空乘人裝置年費用高達(dá)35 萬元，且架空乘人裝置在交接班期間乘人較多，平時時間乘坐人員較少。因此依據(jù)架空乘人裝置人員乘坐情況對其運行速度進行調(diào)整，可降低架空乘人裝置能耗及損失量。

2 機器視覺技術(shù)在架空乘人裝置控制中的應(yīng)用

2.1 架空乘人裝置原控制方式

以井下1 號副斜井架空乘人裝置為例，對架空乘人裝置原控制方式進行分析。該架空乘人裝置運輸距離共計3.6 km，運行速度為0.8 m/s，布置傾角22°，配套電動機功率為45 kW，采用機尾重錘張緊，具體架空乘人裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示。架空乘人裝置采用人工操作PLC 控制變頻器、電動機、驅(qū)動輪、保護器等設(shè)備運行，當(dāng)架空乘人裝置停止運行后若井下人員需乘坐時，則需要通過井下IP 電話聯(lián)系調(diào)度室，再由調(diào)度員指示架空乘人裝置操作員啟動；同時當(dāng)無人乘坐時架空乘人裝置仍保持原有狀態(tài)運行，存在一定程度資源浪費、無法智能控制等問題。

圖1 架空乘人裝置結(jié)構(gòu)

2.2 機器視覺技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用

為提高架空乘人裝置控制水平，提出將機器視覺技術(shù)運用在架空乘人裝置中，通過機器視覺、紅外傳感器對人員乘坐情況進行判斷，以便實現(xiàn)架空乘人裝置智能化控制。具體機器視覺技術(shù)應(yīng)用后，架空乘人裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示?，F(xiàn)場控制仍采用原有的就地控制器（FX-2N 系列PLC），通過增設(shè)信號轉(zhuǎn)換器讀取就地控制器運行參數(shù)，并通過新增PLC 遠(yuǎn)程控制架空乘人裝置啟、停及運行速度。信號轉(zhuǎn)換器與新增PLC 間通過以太網(wǎng)接口連接，并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換模塊接入井下已有工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)。

圖2 機器視覺技術(shù)應(yīng)用后架空乘人裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在1 號副斜井三水平、五水平及+750 m 水平上下乘車點均安裝熱紅外傳感器、智能識別攝像頭，用以對架空乘人裝置人員乘坐情況進行監(jiān)測。當(dāng)架空乘人裝置有人乘坐時，熱紅外傳感器會檢測到紅外信號并經(jīng)BISS0001 集成處理模塊處理后輸出繼電器常閉信號；當(dāng)無人乘坐時則BISS0001 集成處理模塊輸出繼電器常開信號。

1 號副斜井智能識別攝像頭布置情況如下頁圖3所示，通過攝像頭獲取圖像并結(jié)合計算機對圖像進行分析，從而判定架空乘人裝置是否有人員乘坐?，F(xiàn)場架空乘人裝置運行控制中以機器視覺判定為主、熱紅外傳感器監(jiān)測結(jié)果為輔。通過機器視覺技術(shù)應(yīng)用，可實現(xiàn)架空乘人裝置乘坐情況判定，并依據(jù)人員乘坐數(shù)量調(diào)節(jié)架空乘人裝置運行速度、工作狀態(tài)，以便實現(xiàn)架空乘人裝置運行智能控制。

圖3 智能識別攝像頭布置位置示意圖

2.3 架空乘人裝置智能控制應(yīng)用效果

2.3.1 技術(shù)優(yōu)勢

1）可優(yōu)化架空乘人裝置運行控制、實現(xiàn)智能化運行控制，降低設(shè)備能耗及磨損程度。

2）可實現(xiàn)架空乘人裝置無人值守，從而將專職操作員從惡劣環(huán)境中解放出來，減少井下作業(yè)人員數(shù)量。

3）通過新增設(shè)PLC、信號轉(zhuǎn)換器，可將架空乘人裝置運行參數(shù)實時傳輸至地面監(jiān)控中心，調(diào)度員可實時掌握架空乘人裝置人員乘坐及運行情況。

2.3.2 現(xiàn)場應(yīng)用效果

1）在1 號副斜井架空乘人裝置應(yīng)用機器視覺技術(shù)并輔助采用熱紅外傳感器后，可實時監(jiān)測架空乘人裝置人員乘坐情況，現(xiàn)場應(yīng)用過程中人員監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)度高，系統(tǒng)運行可靠。

2）1 號副斜井架空乘人裝置在原控制方式下每天運行時間為20 h（檢修時間4 h）。采用機器視覺技術(shù)對架空乘人裝置運行進行控制后，架空乘人裝置在無人乘坐情況下即會停止運行，每天可減少空轉(zhuǎn)時間約7.5 h、年節(jié)省空轉(zhuǎn)時間達(dá)到2 700 h，預(yù)計每年可節(jié)省電能消耗約12.2 萬kW·h，節(jié)約5.6 萬元電費。

3）架空乘人裝置累計運行超過3 000 h 潤滑油需全部更換，單次更換成本約為2.7 萬元，則年可節(jié)省潤滑油費用約2.4 萬元；同時在鋼絲繩、脫繩輪等更換方面年可節(jié)省約3.7 萬元。架空乘人裝置實現(xiàn)智能化控制，調(diào)度中心可遙控架空乘人裝置運行，無須值守人員，年可減少人力資源投入約18 萬元。

4）將該技術(shù)應(yīng)用推廣到礦井其余的4 臺架空乘人裝置上后，預(yù)計年可節(jié)省礦井投入約160 萬元。

3 結(jié)語

控制系統(tǒng)采用機器視覺技術(shù)、熱紅外傳感器對架空乘人裝置人員乘坐情況進行實時監(jiān)測，PLC 依據(jù)人員乘坐情況調(diào)整架空乘人裝置運行狀態(tài)及運行速度；同時地面監(jiān)控中心可通過PLC、光電轉(zhuǎn)換器及工業(yè)以太網(wǎng)實時掌握架空乘人裝置運行狀態(tài)并遙控指揮。

現(xiàn)場應(yīng)用后，架空乘人裝置可實現(xiàn)無人值守智能化運行，礦井5 臺架空乘人裝置年可節(jié)省費用約160 萬元，同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng)用成本低。