環(huán)形車場無人值守智能運行系統(tǒng)（專利）
一、概述
為響應(yīng)國家煤礦安監(jiān)局《煤礦機器人重點研發(fā)目錄》運輸類第十七條“車場推車機器人”的要求，我公司研發(fā)了環(huán)形車場智能推車機器人。采用AI視頻監(jiān)控及自動道岔為輔，自動推車機器人及彎道推車機相輔助的推車系統(tǒng)，基于AI圖像智能識別技術(shù)、精確定位技術(shù)、無線傳輸技術(shù)及模糊控制技術(shù)，我們開發(fā)了井口車場運行狀態(tài)感知系統(tǒng)。通過程控或遠程無線遙控操作+自動道岔+AI智能圖像識別系統(tǒng)，從而形成整個井口車場的從罐籠升井罐門、罐內(nèi)阻自動開閉+操車系統(tǒng)自動推車+礦車進入環(huán)形車場自動運轉(zhuǎn)+空車進入罐籠入井的整套無人值守智能化運轉(zhuǎn)系統(tǒng)。使車場運行達到機械化減人，自動化換人，智能化增效的目的。采用該自動化無人環(huán)形智能車場,將會大大提高礦井生產(chǎn)的安全保障能力，加強煤礦的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。
二、傳統(tǒng)環(huán)形車場存在的問題
1)電機車司機+機車摘掛工+道岔報道工，需要的人工多、不安全因素復(fù)雜；
2)推車機、翻車機、爬車機、道岔等設(shè)備，相互獨立，作業(yè)過程復(fù)雜，無系統(tǒng)性配合；
3)出井車輛類型與狀態(tài)無自動識別，不能實現(xiàn)車輛的系統(tǒng)自動調(diào)度;
4)環(huán)形車場智能化不足、分散控制、運行效低。
三、系統(tǒng)主要功能
1)籠罐簾門、罐內(nèi)阻自動開閉功能；
2)環(huán)形場道開系；
3)推車機器人彎道自動推調(diào)車功能；
4)環(huán)形車場狀態(tài)AI識別與自動控制功能；
5)石礦車自動及高功能；
6)推車機器人運行遇障自動避障功能。
四、系統(tǒng)主要特點
1)實現(xiàn)系統(tǒng)減人:2/3，系統(tǒng)運行效率提升30%以上；
2)罐籠自動化:罐籠到位后，實現(xiàn)罐籠罐簾門和罐內(nèi)阻車器自動開閉功能，節(jié)省人工；
3)操車自動化：
a、礦車、平板車入井時，實現(xiàn)超重、超寬、超高、超長等保護功能
b、井口車場人員監(jiān)控功能，實現(xiàn)井口等重要場合外人進入實時監(jiān)控提醒功能
c、采用手持遙控器操作模式，取消信號工崗位，把勾工直接將作，節(jié)省人工；
4)環(huán)形車場動化：
a、調(diào)度、運行和控制等功能集成到中控臺及遙控終端，調(diào)車靈活，省時省力；
b、通過信息采集、數(shù)據(jù)處理、圖像識別、遠程遙控實現(xiàn)一鍵控制；
c、推車機器人+翻車機+爬車機+推車機+道岔智能運行；
d、推車機器人前后視頻監(jiān)控+運行遇障自動停車，避免運行事故；
e、采取AI圖像識別+控制技術(shù)，使整個環(huán)形車場無人化操作，精簡人員，減員增效。
五、系統(tǒng)組成
■ 系統(tǒng)主要由罐籠自動化、操車自動化及環(huán)形車場自動化三大系統(tǒng)組成；
■ 罐籠自動化系統(tǒng):主要包括自動罐簾門和自動罐內(nèi)阻等;操車自動化改造系統(tǒng):手持遙控終端、防四超 (超重、超長、超寬、超高)系統(tǒng)和區(qū)域人員監(jiān)控與安全閉鎖系統(tǒng)；
■ 環(huán)形車場自動化系統(tǒng):自動推車機器人、自動道岔、AI智能監(jiān)控與識別等。
(一) 環(huán)形車場自動化系統(tǒng)
1、無線遙控推拉車機器人
主要由電池組供電系統(tǒng)、高效磁阻調(diào)速電機驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)、運行避障系統(tǒng)及無線遙控系統(tǒng)等部分組成。
特點：
1)控制方式:遠程程控、遙控器控制、就地控制，變頻調(diào)速，車速0-3m/s進行調(diào)節(jié)。
2)驅(qū)動系統(tǒng):采用高效永磁 (磁阻)調(diào)速電機驅(qū)動、前后雙驅(qū)動。
3)制動系統(tǒng)電氣制動、外動力自動制動。
4)機器人采用 LED 前后照明燈，每個照明燈都有白燈和紅燈，白燈照明、紅燈警戒。
5)自動推車機器人可實現(xiàn)彎道、直道、進罐進行推拉車。
6)遙控系統(tǒng):控制人員可在控制室通過中控臺或者無線遙控器操作，無線遙控器能實時控制自動推車機器人的起動、停車、加速、減速、前進、后退等功能。
7)自動推車機器人前后均設(shè)置識別攝像頭，推車和后退時均能實時看到車前后情況，確保遠程控制的安全性，自動行駛時遇到人員自動停車。
2、彎道推車機
銷齒彎道推車機由一列在軌道上運行的銷齒小車組成銷齒驅(qū)動裝置驅(qū)動銷齒小車運行，實現(xiàn)直道彎道推車、拉車等作業(yè)。
3、礦用自動道岔裝置
通過直線電機或液壓源驅(qū)動道岔自動開閉，開閉狀態(tài)實時監(jiān)測，確保道岔按照控制臺要求進行開閉。確保推車系統(tǒng)將車輛推送到指定位置。
4、基于AI圖像識別技術(shù)的中控系統(tǒng)
智能AI視頻識別集中控制系統(tǒng)針對“人的不安全行為”、“物的不安全狀態(tài)”“環(huán)境的不安全因素”，將計算機視覺 (CV)技術(shù)與視頻監(jiān)控規(guī)則深度融合，滿足煤礦定制化實時視頻智能識別需求，實現(xiàn)生產(chǎn)管理過程中安全管理問題的可感知、可預(yù)警、可追溯、可管理。
中控系統(tǒng)包括信息采集、數(shù)據(jù)處理、液壓控制、視覺識別控制、遠程遙控及可視中控臺等.通過可視型中控臺和遙控器，操作人員可根據(jù)車輛運行位置控制推車機器人調(diào)車、推車等動作，遠程控制實現(xiàn)減人增效，一個操作工即可控制整個車場。
（二）罐籠智能化系統(tǒng)(自動罐簾門、音響照明及視頻監(jiān)控系統(tǒng)
系統(tǒng)介紹
罐籠智能化系統(tǒng)由罐籠、防爆電源、充電系統(tǒng)(無線或者有線)、自動罐簾門、照明(MP3音樂播放)應(yīng)急通訊系統(tǒng)、罐內(nèi)自動阻車器、張力監(jiān)測等部分組成。
罐籠電源系統(tǒng)
罐籠電源系統(tǒng)由礦用隔爆兼本安型鉀離子蓄電池電源、無線充電裝置及配套的安全電源管理軟件構(gòu)成。
1、自動罐簾門
■ 自動罐簾門采用電機驅(qū)動、罐籠到達指定位置時自動操作門擋垂直折疊升降，從而實現(xiàn)罐簾門開啟與關(guān)閉；
■ 具有自動開閉罐簾門功能。操作方式，手動按鈕、遙控和自動。可實現(xiàn)與操車等的聯(lián)動控制實現(xiàn)罐簾門自動化，提升礦井自動化水平；
■ 多重安全閉鎖，罐位、罐門、安全門之間多層閉鎖，高可靠性；
■ 防夾功能。當(dāng)罐簾門上提遇到阻力達到一定值時，罐簾門會自動停止；
■ 罐門開閉速度可調(diào)功能；
■ 上電自學(xué)習(xí)功能。上電后，自動檢測和校準(zhǔn)罐簾門位置，方便維護。
■ 簾門可人為掀開。應(yīng)急時，可迅速手動將罐簾門掀起，不影響應(yīng)急通行。
2、音響照明系統(tǒng)
音響照明裝置布置于罐籠內(nèi)防水棚下，解決了罐籠離開井口后一處漆黑的境況。為人員乘罐提供良好的環(huán)境，提升乘罐舒適性。同時音響照明裝置內(nèi)集成語音或音樂播放功能，可播放音樂或是企業(yè)宣講等音頻內(nèi)容。
3、無線視頻及對講系統(tǒng)
無線視頻及對講系統(tǒng)由隔爆兼本安型無線交換機、礦用本安型攝像儀(本安型云臺攝像儀)、語音對講裝置、隔爆電源無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)軟件等組成。
系統(tǒng)實現(xiàn)罐籠內(nèi)無線視頻采集及語音通信、語音雙向通話等功能，視頻清晰度達到黑白攝像儀日光條件下圖像采集效果
4、運行信息罐內(nèi)顯示系統(tǒng)
由罐內(nèi)顯示終端、井口通信中繼及車房信息主站構(gòu)成。車房信息主站負責(zé)將提升機及信號系統(tǒng)的狀態(tài)信息進行收集，通過有線通信傳送到并口通信中繼，中繼將有線通信信息通過無線方式發(fā)送給罐內(nèi)顯示終端.罐內(nèi)顯示終端對接收到的信息進行顯示展現(xiàn)。顯示信息有日期、日間、當(dāng)前打點信號、罐籠速度、罐籠實時位置(深度)及運行方向等。
5、罐內(nèi)自動阻車器
罐內(nèi)阻車器嚴(yán)重制約了礦山操車自動化的發(fā)展，存在問題:一是需要人工開閉，二是容易出現(xiàn)事故，罐內(nèi)阻可以通過機械式、液壓式和電動式來實現(xiàn)自動化開閉。機械式通過搖臺搭接實現(xiàn)開閉，液壓式是通過外部曲軌，罐籠到位后自動打開，電動式則是通過罐籠上電源給防爆電機供電，
防爆電機驅(qū)動阻車器開閉,方式有如下兩種。
6、無軌膠輪車自動阻車系統(tǒng)
組成:由防爆電源、充電系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成。
性能特點：自動化安全閉鎖 無線遙控
1)使用安全:阻擋采用復(fù)合材料塊，阻車時自鎖性更強;
2)性能可靠:傳動環(huán)節(jié)少，故障率低，多重罐位閉鎖
3)操作簡單:把鉤工遙控操作、程控自動操作;
4)適用性強:根據(jù)罐籠及膠輪車尺寸定制化設(shè)計布置;
5)安裝方便:直接鋪設(shè)在罐籠內(nèi)，螺栓連接即可。
7、罐籠乘人量化系統(tǒng)
罐籠乘人量化系統(tǒng)升級人員乘罐方式，實現(xiàn)上井口乘罐人員的量化和信息化。由進出閘機、人機交互屏及到位傳感器等組成。
功能與特點
1)計數(shù)功能:檢測并顯示本次上罐和出罐人數(shù)；
2)當(dāng)上罐人員達到乘罐人數(shù)上限時給出提示并關(guān)閉閘門；
3)語音功能:當(dāng)達到最大允許乘罐人數(shù)后，將語音提示等待下一罐；
4)統(tǒng)計功能:記錄當(dāng)天提升系統(tǒng)提升罐數(shù)、下井及升井總?cè)藬?shù)；
5)信息功能:提供數(shù)據(jù)接口，供與礦井信息化平臺共享數(shù)據(jù)信息。
(三) 操車智能化改造系統(tǒng)防超載、手持遙控終端、車場區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)
1、防四超系統(tǒng)
主要由軌道防超載稱重系統(tǒng)，防超高、超寬、超高系統(tǒng)等組成。
防超載系統(tǒng):基于動態(tài)軌道稱重方式，實現(xiàn)了礦車的動態(tài)稱重。可避免了因提升超重造成的事故，節(jié)約了處理提升超重故障的時間，提高了工作效率。
防超高、超寬、超高系統(tǒng):通過AI攝像頭+紅外傳感器對下井設(shè)備進行長寬高測量，超過規(guī)定尺寸進行警示及閉鎖。
2、手持遙控終端控制系統(tǒng)
1)副井操車信號遠程控制系統(tǒng)，配套現(xiàn)有礦用副井提升信號及操車監(jiān)控裝置，采用手持無線遙控器方式控制，實現(xiàn)操車及信號遙控操作。在操作臺上有遙控控制及操作臺控制的轉(zhuǎn)換按鈕，能一鍵切換。
2)在原PLC控制箱內(nèi)增設(shè)內(nèi)置遙控接收器，通過遙控器與原PLC控制箱的通訊連接實現(xiàn)接收遙控發(fā)送器對應(yīng)的控制信號，并轉(zhuǎn)發(fā)給原系統(tǒng)，從而實現(xiàn)通過遙控器遠程控制信號、操車系統(tǒng)的功能。
3)把鉤工配置礦用本安型遙控發(fā)送器，實現(xiàn)遠方無線控制信號系統(tǒng)操作操車系統(tǒng)功能，取消信號工崗位。
3、車場區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)
以AI高清攝影儀為基礎(chǔ)，利用人工智能分析與處理技術(shù)，形成一套有效結(jié)合智能分析、警戒設(shè)防、錄像抓拍為一體的安全防范系統(tǒng)。
該系統(tǒng)與推車機系統(tǒng)進行閉鎖，避免人員在推車機前方而引發(fā)安全事故。
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