长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究_霍伟功.pdf

1792023 年第 2 期霍伟功：长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究霍伟功：长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究霍伟功（晋能控股集团莲盛煤矿，山西 朔州 036800）摘 要 莲盛煤矿主运系统带式输送机以往采用人工巡视，存在巡检效率低下、巡检不到位的情况，同时工人劳动强度大，危险因素多，导致带式输送机运行故障频发，运输效率低下。针对以上问题设计了智能巡检机器人系统，在主运系统带式输送机上进行了工业性试验。结果表明：智能巡检机器人系统可以实现对主运系统带式输送机的 24 h 不间断巡检，安全经济效益显著。关键词 莲盛煤矿；长距离；带式输送机；智能巡检机器人中图分类号 TD63+4.1 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.062Research on Intelligent Patrol Robot System of Long Distance Belt ConveyorHuo Weigong(Jinneng Holding Group Liansheng Coal Mine,Shanxi Shuozhou 036800)Abstract:The belt conveyor of the main transportation system of Liansheng Coal Mine used manual inspection in the past,but there is a situation that the patrol inspection is inefficient and not in place.At the same time,the labor intensity of the workers is high,and there are many risk factors,which led to frequent failures of the belt conveyor and low transportation efficiency.In order to solve the above problems,an intelligent patrol robot system is designed,and an industrial test is carried out on the belt conveyor of the main transportation system.The results show that the intelligent patrol robot system can realize the 24-hour uninterrupted inspection of the belt conveyor of the main transportation system,with significant safety and economic benefits.Key words:Liansheng Coal Mine;long distance;belt conveyor;intelligent patrol robot收稿日期 2022-07-06作者简介 霍伟功（1985），男，山西朔州人，2021 年毕业于内蒙古科技大学机械工程及自动化专业，本科，工程师，现从事机电管理技术工作。霍伟功：长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究霍伟功：长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究1 工程概况晋能控股煤业集团莲盛煤矿位于山西省朔州市平鲁区白堂乡陶卜洼村南，井田面积为 1.727 2 km2，保有储量 6193 万 t，主要开采 4 号、9 号、11号煤层，核定生产能力 90 万 t/a。带式输送机具有输送距离长、输送距离大、连续输送、运行可靠、工作环境适应性好、易于实现自动化和集中控制等优点，因此莲盛煤矿井下运输系统当中带式输送机的应用非常广泛，主要用于实现长距离运输。当前莲盛煤矿井下带式输送机主要是依靠人工进行巡检，在煤矿井下艰辛且恶劣的工作环境中，工人需要携监测设备沿着长距离带式输送机进行长时间的巡检。人工巡检存在巡检效率低、巡检不到位的情况，同时工人劳动强度大，危险因素多，导致带式输送机运行故障频发，运输效率低下。针对长距离带式输送机人工巡检中存在的问题，基于智能矿山建设的目的，设计一种用于长距离的智能巡检机器人系统1-4，用来实现长距离带式输送机的来回巡检，检查设备使用状况，统计分析各类信息，并进行火灾、设备故障等预警是非常有现实意义的。2 智能巡检机器人系统的设计用于煤矿井下运输巷道的长距离带式输送机智能巡检机器人系统由运行轨道、机器人本体、无线通信基站、无线智能充电装置、红外热视仪、视频监控系统以及远程操作系统组成，如图 1。机器人本体为智能巡检机器人系统的感知层部分，主要是对信息进行采集。机器人本体结构如图2，主要由轨道轮、轨道系统、主控箱、锂电池腔、智能传感器、360 高清防抖摄像头、对讲区、行走1802023 年第 2 期装置等组成。图 1 长距离带式输送机智能巡检机器人系统结构示意图 图 2 机器人本体结构示意图该系统行走装置采用多轮紧箍结构设计，如图3 所示，主要包括下支撑轮、导向轮、导向支架、驱动轮、行走机构机架、缓冲弹簧、上支撑轮等结构。各轮组设置有调节螺栓对轮组运行松紧进行有效调节，降低机器人本体行走的震动，提高图像采集信息质量。图 3 行走装置结构示意图智能巡检机器人本体采集到的信息通过井下无线通信系统实时传输到地面控制中心进行处理。井下无线通信系统主要由 5G 无线通信基站、井下监控终端、地面控制中心监控终端、地面控制中心交换机等组成。上位机系统是智能巡检机器人系统的大脑核心，负责对监测和采集到的信息进行处理和显示。对皮带托辊、驱动滚筒、电机等设备数据，对巡检范围氧气含量、一氧化碳、硫化氢、烟雾、噪、声、环境温度等数据，与之前设定的阈值进行对比，进一步通过图像识别算法和声音识别算法进行故障识别与诊断。将故障识别与诊断信息在上位机上显示，为故障查询和维修提供基础。3 故障识别与诊断系统分析故障识别与诊断系统是上位机系统的核心，是智能巡检机器人系统的决策层。该智能巡检机器人系统感知层与决策层之间主要是从捕获环境参数、识别特征、可能故障类型方面进行一一对应，见表1。表 1 感知层与决策层之间的对应关系表传感器捕获环境参数识别特征可能故障烟雾传感器烟雾烟雾浓度皮带着火、打滑故障CO传感器COCO 浓度井下环境参数CO2传感器CO2CO2浓度井下环境参数CH4传感器CH4CH4浓度井下环境参数温度传感器温度井下环境温度皮带着火、设备发热故障拾音器声音声音变化托辊故障、设备故障360 度高清摄像头图像和图片图像处理皮带跑偏、撕裂等故障远红外成像仪温度温度变化皮带着火、设备发热故障3.1 各类传感器功能分析（1）智能巡检机器人本体安装 GQQ5（A）煤矿用烟雾传感器，可对带式输送机附近烟雾浓度进行实时监测，当监测数据超过事先设定的警戒阈值时，会自动进行报警。（2）智能巡检机器人本体安装有 CO、CO2、CH4、H2S 等有毒有害气体传感器，可对带式输送机巷道环境参数进行实时监测，当监测数据超过事先设定的警戒阈值时，会自动进行报警和实时提醒。（3）智能巡检机器人本体安装有温度传感器，可对带式输送机巷道环境及带式输送机运行过程中的温度参数进行实时监测，根据事先设定的警戒阈值或是温度变化情况的异常进行进一步处理。（4）智能巡检机器人本体安装的拾音器对带式输送机设备运行过程中的声音变化信号进行采集，将采集现场声音与标准系列库中的正常运行声音进行对比分析，进而可以发现设备的异常故障。（5）智能巡检机器人本体安装有 360 度高清摄像头，可将井下带式输送机运行的现场高清视频实时传输到地面控制中心，可用于故障查找和环境1812023 年第 2 期霍伟功：长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究霍伟功：长距离带式输送机智能巡检机器人系统研究监控。（6）智能巡检机器人本体安装红外热成像仪，可随时捕获带式输送机皮带及机架部件工作时表面温度的变化情况，进而对设备的运行故障进行判断和预警。3.2 故障识别与诊断系统故障识别与诊断系统主要由视觉成像与分析模块、音频采集与处理模块两大部分组成。视觉成像与分析模块主要是用于对皮带异物、撕裂与跑偏故障进行识别与诊断，音频采集与处理模块主要是对带式输送机驱动电机、减速器及托辊故障进行识别。故障识别与诊断系统训练样本主要来源于晋能控股集团下属的云岗矿、煤峪口矿、同家梁矿、四老沟矿、忻州窑矿的 60 部带式输送机，有效地保障了训练样本的可靠性。4 工业性试验4.1 试验及效果分析智能巡检机器人系统完成设计后，在晋能控股煤业集团莲盛煤矿主运系统带式输送机上进行了安装调试，并投入现场实际使用。从2022年2月至7月，智能巡检机器人系统整体运行正常，可以实现对带式输送机的 24 h 不间断巡检，可实现通过无线信号实时监控、采集数据和图像，对皮带托辊、驱动滚筒、电机等设备进行连续、高质量、长时间的往复巡检，对巡检范围氧气含量、一氧化碳、硫化氢、烟雾、噪声、环境温度等进行采集、分析，监测到异常立即报警、控制停机。智能巡检机器人系统在巡检作业时，通过红外热成像仪对设备及管线温度进行监测和采集，并将监测和采集到的温度数据与设定的温度阈值进行对比，温度超出阈值时系统会在调度平台上位机发出故障警报并自动记录故障发生位置，地面调度中心工作人员可在上位机红外热成像区域直接查找故障点，及时安排工人进行维修处理。智能巡检机器人系统在巡检作业时，可将带式输送机运行现场情况通过视频采用 5G 无线基站实时传到上位机进行处理，再进一步通过图像识别算法对带式输送机跑偏、异物或撕裂等故障进行诊断，如确定有故障发生会在调度平台上位机发出故障警报并自动记录故障发生位置，地面调度中心工作人员可在上位机图像识别区域直接查找故障点，及时安排工人进行维修处理。智能巡检机器人系统在巡检作业时，对设备运行声音数据进行监测和采集，并将监测和采集到的声音数据传输到上位机，通过声音识别算法进行处理。当识别到有异常声音数据出现时，会在调度平台上位机发出故障警报并自动记录故障发生位置，工作人员可操作机器人和摄像头对异常点进行查看，进一步确定故障问题并及时派人进行维修。4.2 效益分析该智能巡检机器人系统在莲盛煤矿主运系统带式输送机中的应用，可有效降低员工劳动强度，改善作业环境，提高工作效率，提升矿井智能化安全管理水平，为集中控制和智能巡检组成的智能集控系统的全面形成奠定了基础。（1）实现了智能巡检代替人工巡检，可减少 4名岗位巡检人员，达到减员增效的目的，可节约人工成本费用约 80 万元/年。（2）岗位工正常巡检一次需 90 min，机器人巡检只需 50 min，且可无限制不间断往复巡检、特殊部位重点巡检等，不仅大大节省了工人的劳动强度，而且能及时发现安全隐患，避免事故扩大，降低了生产过程中非正常停机时间。（3）机器人智能巡检代替传统人工巡检，能实时监测现场存在的各类安全隐患，做出预判，发出警报，同时能将巡检图像、监测的各类实时参数及设备异常信息上传至智慧化矿山云控平台，实现与整个矿山安全监控系统的互联互通。（4）机器人智能巡检具有声音采集、烟雾监测、移动视频图像采集、温度监测、人机对话、自动充电等功能，可自动完成各类设备运行状况的巡检任务，全过程无需人工参与，不受环境噪音等因素影响。【参考文献】1 李翔.长距离带式输送机巡检系统研究 J.江西煤炭科技，2022（02）：180-182+185.2 高志敏.长距离带式输送机巡检系统研究 J.煤炭科技，2022，43（02）：62-66.3 汪健康.智能带式输送机巡检机器人的研究与设计 J.陕西煤炭，2021，40（S2）：102-104+112.4 李鑫，寇子明，梁富伟，等.长距离复杂工况带式输送机巡检机器人系统 J.煤炭工程，2021，53（11）：169-174.