環形車場無人值守智能運行系統（專利）
一、概述
為響應國家煤礦安監局《煤礦機器人重點研發目錄》運輸類第十七條“車場推車機器人”的要求，我公司研發了環形車場智能推車機器人。采用AI視頻監控及自動道岔為輔，自動推車機器人及彎道推車機相輔助的推車系統，基于AI圖像智能識別技術、精確定位技術、無線傳輸技術及模糊控制技術，我們開發了井口車場運行狀態感知系統。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，從而形成整個井口車場的從罐籠升井罐門、罐內阻自動開閉+操車系統自動推車+礦車進入環形車場自動運轉+空車進入罐籠入井的整套無人值守智能化運轉系統。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形智能車場,將會大大提高礦井生產的安全保障能力，加強煤礦的安全生產標準化建設。
二、傳統環形車場存在的問題
1)電機車司機+機車摘掛工+道岔報道工，需要的人工多、不安全因素復雜；
2)推車機、翻車機、爬車機、道岔等設備，相互獨立，作業過程復雜，無系統性配合；
3)出井車輛類型與狀態無自動識別，不能實現車輛的系統自動調度;
4)環形車場智能化不足、分散控制、運行效低。
三、系統主要功能
1)籠罐簾門、罐內阻自動開閉功能；
2)環形場道開系；
3)推車機器人彎道自動推調車功能；
4)環形車場狀態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、系統主要特點
1)實現系統減人:2/3，系統運行效率提升30%以上；
2)罐籠自動化:罐籠到位后，實現罐籠罐簾門和罐內阻車器自動開閉功能，節省人工；
3)操車自動化：
a、礦車、平板車入井時，實現超重、超寬、超高、超長等保護功能
b、井口車場人員監控功能，實現井口等重要場合外人進入實時監控提醒功能
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，節省人工；
4)環形車場動化：
a、調度、運行和控制等功能集成到中控臺及遙控終端，調車靈活，省時省力；
b、通過信息采集、數據處理、圖像識別、遠程遙控實現一鍵控制；
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，使整個環形車場無人化操作，精簡人員，減員增效。
五、系統組成
■ 系統主要由罐籠自動化、操車自動化及環形車場自動化三大系統組成；
■ 罐籠自動化系統:主要包括自動罐簾門和自動罐內阻等;操車自動化改造系統:手持遙控終端、防四超 (超重、超長、超寬、超高)系統和區域人員監控與安全閉鎖系統；
■ 環形車場自動化系統:自動推車機器人、自動道岔、AI智能監控與識別等。
(一) 環形車場自動化系統
1、無線遙控推拉車機器人
主要由電池組供電系統、高效磁阻調速電機驅動系統、制動系統、變頻調速控制系統、運行避障系統及無線遙控系統等部分組成。
特點：
1)控制方式:遠程程控、遙控器控制、就地控制，變頻調速，車速0-3m/s進行調節。
2)驅動系統:采用高效永磁 (磁阻)調速電機驅動、前后雙驅動。
3)制動系統電氣制動、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彎道、直道、進罐進行推拉車。
6)遙控系統: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動裝置驅動銷齒小車運行，實現直道彎道推車、拉車等作業。
3、礦用自動道岔裝置
通過直線電機或液壓源驅動道岔自動開閉，開閉狀態實時監測，確保道岔按照控制臺要求進行開閉。確保推車系統將車輛推送到指定位置。
4、基于AI圖像識別技術的中控系統
智能AI視頻識別集中控制系統針對“人的不安全行為”、“物的不安全狀態”“環境的不安全因素”，將計算機視覺 (CV)技術與視頻監控規則深度融合，滿足煤礦定制化實時視頻智能識別需求，實現生產管理過程中安全管理問題的可感知、可預警、可追溯、可管理。
中控系統包括信息采集、數據處理、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，操作人員可根據車輛運行位置控制推車機器人調車、推車等動作，遠程控制實現減人增效，一個操作工即可控制整個車場。
（二）罐籠智能化系統(自動罐簾門、音響照明及視頻監控系統
系統介紹
罐籠智能化系統由罐籠、防爆電源、充電系統(無線或者有線)、自動罐簾門、照明(MP3音樂播放)應急通訊系統、罐內自動阻車器、張力監測等部分組成。
罐籠電源系統
罐籠電源系統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成。
1、自動罐簾門
■ 自動罐簾門采用電機驅動、罐籠到達指定位置時自動操作門擋垂直折疊升降，從而實現罐簾門開啟與關閉；
■ 具有自動開閉罐簾門功能。操作方式，手動按鈕、遙控和自動?？蓪崿F與操車等的聯動控制實現罐簾門自動化，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；
■ 罐門開閉速度可調功能；
■ 上電自學習功能。上電后，自動檢測和校準罐簾門位置，方便維護。
■ 簾門可人為掀開。應急時，可迅速手動將罐簾門掀起，不影響應急通行。
2、音響照明系統
音響照明裝置布置于罐籠內防水棚下，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境，提升乘罐舒適性。同時音響照明裝置內集成語音或音樂播放功能，可播放音樂或是企業宣講等音頻內容。
3、無線視頻及對講系統
無線視頻及對講系統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控系統軟件等組成。
系統實現罐籠內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、運行信息罐內顯示系統
由罐內顯示終端、井口通信中繼及車房信息主站構成。車房信息主站負責將提升機及信號系統的狀態信息進行收集，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送給罐內顯示終端.罐內顯示終端對接收到的信息進行顯示展現。顯示信息有日期、日間、當前打點信號、罐籠速度、罐籠實時位置(深度)及運行方向等。
5、罐內自動阻車器
罐內阻車器嚴重制約了礦山操車自動化的發展，存在問題:一是需要人工開閉，二是容易出現事故，罐內阻可以通過機械式、液壓式和電動式來實現自動化開閉。機械式通過搖臺搭接實現開閉，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
組成:由防爆電源、充電系統、驅動系統、電控系統等部分組成。
性能特點：自動化安全閉鎖 無線遙控
1)使用安全:阻擋采用復合材料塊，阻車時自鎖性更強;
2)性能可靠:傳動環節少，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:根據罐籠及膠輪車尺寸定制化設計布置;
5)安裝方便:直接鋪設在罐籠內，螺栓連接即可。
7、罐籠乘人量化系統
罐籠乘人量化系統升級人員乘罐方式，實現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)計數功能:檢測并顯示本次上罐和出罐人數；
2)當上罐人員達到乘罐人數上限時給出提示并關閉閘門；
3)語音功能:當達到最大允許乘罐人數后，將語音提示等待下一罐；
4)統計功能:記錄當天提升系統提升罐數、下井及升井總人數；
5)信息功能:提供數據接口，供與礦井信息化平臺共享數據信息。
(三) 操車智能化改造系統防超載、手持遙控終端、車場區域監控系統
1、防四超系統
主要由軌道防超載稱重系統，防超高、超寬、超高系統等組成。
防超載系統:基于動態軌道稱重方式，實現了礦車的動態稱重?？杀苊饬艘蛱嵘卦斐傻氖鹿?，節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:通過AI攝像頭+紅外傳感器對下井設備進行長寬高測量，超過規定尺寸進行警示及閉鎖。
2、手持遙控終端控制系統
1)副井操車信號遠程控制系統，配套現有礦用副井提升信號及操車監控裝置，采用手持無線遙控器方式控制，實現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換按鈕，能一鍵切換。
2)在原PLC控制箱內增設內置遙控接收器，通過遙控器與原PLC控制箱的通訊連接實現接收遙控發送器對應的控制信號，并轉發給原系統，從而實現通過遙控器遠程控制信號、操車系統的功能。
3)把鉤工配置礦用本安型遙控發送器，實現遠方無線控制信號系統操作操車系統功能，取消信號工崗位。
3、車場區域監控系統
以AI高清攝影儀為基礎，利用人工智能分析與處理技術，形成一套有效結合智能分析、警戒設防、錄像抓拍為一體的安全防范系統。
該系統與推車機系統進行閉鎖，避免人員在推車機前方而引發安全事故。
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