基于語音識別的綜采自動化遠程控制系統研究

馬昆 MA Kun；任予鑫 REN Yu-xin；秦奮勇 QIN Fen-yong

（神華寧夏煤業集團梅花井煤礦，銀川751411）

1 概述

綜采工作面是礦井生產的核心，對綜采工作面進行自動化控制是實現礦井生產管理現代化，轉變煤炭工業發展方式，引領煤炭工業健康發展方向的關鍵技術途徑[1-3]。自21世紀以來，我國在許多礦業集團開始探索工作面少人化、無人化的技術路線，如山東新汶礦業集團、神華寧夏煤業集團、大同煤礦集團，這些企業對綜采工作面自動化的研究與應用，有力的促進了我國綜采技術進步，改變了工人的操作習慣，對降低勞動強度、提高綜采生產效率、保障安全生產、減少人員具有重大意義，標志著我國煤炭行業的綜采自動化建設已取得初步成效，為薄煤層及中厚煤層工作面無人化開采積累了成功經驗。

目前，綜采工作面自動化控制技術水平的高低成為體現煤礦現代化水平和煤機裝備是否先進的重要指標[4]，尤其在各礦打造“集約化、智能化、人性化、本質安全、綠色和諧”礦區過程中作用越來越突出。綜采工作面自動化通常采用“以工作面自動控制為主，監控中心遠程干預控制為輔”的工作自動化生產模式[5]。這種生產模式把工人解放到監控中心，通過操作臺實現對設備的控制?，F有的這種遠程控制主要以人在操作臺的操作為主，容易造成控制響應時間長、時效性差，還容易發生誤操作、增加了安全隱患和煤炭損失等問題。為了更好的提高遠程控制的時效性，杜絕誤操作等事故的發生，本文提出一種基于語音識別的遠程控制技術方案。

2 語音控制系統模型

2.1 語音控制系統基礎平臺 語言控制系統的基礎平臺是集成于監控中心的各個單機控制系統和以太網控制平臺。綜采工作面自動化順槽監控[6-7]中心是語音識別系統的首要基礎平臺，其功能是將采煤機控制系統、支架電液控制系統、工作面運輸控制系統、三機通信控制系統、泵站控制系統及供電系統有機結合，實現對綜合機械化采煤工作面設備的協調管理與集中控制。

以太網控制平臺是在綜采工作面原有采煤機、液壓支架、刮板輸送機等單機子系統以及工作面視頻系統的層級基礎上，利用工作面的綜合接入器、光電轉換器和交換機等構建的統一開放的工作面100M工業以太網控制平臺，使工作面設備連接到順槽集控中心的隔爆服務器，實現工作面設備信息匯集與實時顯示，供操作者分析決策與控制，為綜采設備的遠程遙控提供依據。

2.2 關鍵技術及系統描述

2.2.1 關鍵技術 語言識別技術是信息技術中人機接口的關鍵技術，其目的就是讓計算機等設備能夠“聽懂”人類語音，提取出語音中所包含的特定信息，成為人機通信和交互最便捷的手段。本文提出的語言控制功能實施方案依靠的技術支撐是當前比較成熟的非特定人語言識別技術[8-10]。

2.2.2 語言控制系統描述 語言控制系統可選用非特定人語音識別芯片，該芯片是非特定人語音識別的專用芯片，不僅具備基本的通訊、聯絡功能，還將與天瑪公司自動化系統中的電液控制系統、運輸控制系統、泵站控制系統、采煤機自動跟機、遠程控制以及各系統運行信息檢測與上傳等功能集成于一體，依據上述基礎平臺系統反饋的數據信息進行遠程語言控制（系統框架如圖1所示）。語言系統與上述系統相融合，相統一，旨在為綜采工作面自動化技術提供更加專業化的整體解決方案。不僅方便用戶對該識別系統進行采購使用與管理，也避免了因不配套造成的接口不統一、參數不匹配、相互沖突等問題。

圖1 順槽監控中心語言集中控制系統架構圖

2.3 軟件設計 將語言識別系統與井下綜采工作面監控主機、備份機一起安裝在井下控制臺的內部，整個語音識別控制系統與監控主機以及各子系統主機的連接保證高速、可靠的性能要求，提高系統的可靠性、實時性和安全性。語言識別系統同監測控制主機、電液控制主機、工作面監控主機、工作面通訊控制器之間相互提供接口，采用TCP/IP連接，用來傳遞語音控制數據。該設計依賴監控中心主畫面的參數信息和視頻信息，取得相關設置參數，在操作臺中相應數碼管中顯示應該跟機動作的架號或其他設備運行參數，通過語音控制快速選擇到需要調整的架號或者設備，即可直接啟動相應支架的動作或者設備的動作。語音控制的實質是將人的聽覺延伸到工作面，讓計算機能依據人的語音命令控制相應的程序動作，進而實現設備操作與控制。如圖2所示。

圖2 語音識別系統軟件設計示意圖

3 語音控制系統功能及其實現

3.1 系統功能 數據傳輸；語音檢測；采煤機遠程控制；液壓支架遠程控制；液壓支架安全控制（姿態調整、收伸伸縮梁及互幫）；解決支架脫架問題；頂梁與采煤機滾筒干涉問題；液壓支架與采煤機速度匹配的問題；防碰撞。

3.2 系統實現 綜采設備進入全自動化工作模式后，在運行過程中實時監控工作面綜采設備運行工況，當設備運行異常，可以通過人工語音手段對設備進行遠程干預。如采煤機搖臂的調整、液壓支架的動作等。

3.2.1 采煤機遠程控制功能 依據采煤機主機系統及工作面視頻（如圖3所示），通過操作采煤機遠程操作臺語音控制系統實現采煤機的遠程控制功能，可以進行采煤機的啟?？刂?、運行速度控制和前后滾筒搖臂高度控制等。

圖3 采煤機實時監控畫面

圖4 液壓支架遠程監控實時畫面

3.2.2 液壓支架遠程控制功能 在支架電液控制系統標配基礎上，通過電液控制系統數據傳輸，在監控中心顯示出電液控制系統所有數據信息，如傳感器數值、控制器狀態、采煤機位置等（如圖4所示）。同時，通過以太網傳輸，在監控中心顯示出工作面支架視頻畫面。依賴電液控計算機主畫面和工作面視頻畫面為輔助手段，通過支架遠程操作臺語音控制系統實現對液壓支架的遠程控制。在跟機自動化割煤過程中，使用液壓支架操作臺語言控制系統進行遠程操作，人工干預支架動作，以滿足較為復雜的地質條件。例如，在跟機自動化過程中發現自動移架過程中，降柱或移架同時進行抬底，降柱或移架功能消耗較多液壓流量，導致抬底幅度較小，移架不到位、丟架等現象的發生（如圖5所示），依據液壓支架主畫面和工作面視頻畫面作出判斷和決策，通過監控中心語音控制系統操作者借助語音手段讓丟架或移架不到位的架號再次動作，以滿足正常采煤要求。

圖5 煤過程示意圖

4 小結

本文的主要思路是：在工作面快速開采的條件下便捷的通過語音手段進行遠程干預。由此提出一種新的控制模式：語音控制功能。在工作面開啟跟機自動化以后，依賴控制中心實時顯示的參數信息和視頻信息，取得相關設置參數，作出操作的分析和決策，使操作者在監控中心操作臺借助語音手段實現設備的控制。本文的研究探索了一條工作面自動化控制的新思路，對提高綜采生產效率、減少人員、降低工人勞動強度具有重大意義。

[1]趙永德，宋鵬，陳爽度，等.綜采工作面自動化技術[J].煤炭技術，2010，29（1）：82-84.

[2]吳立新，汪云甲，丁恩杰，等.三論數字礦山—借力物聯網保障礦山安全與智能采礦[J].煤炭學報，2012，37（3）：357-363.

[3]譚得健，徐?？?，張申.淺談自動化、信息化與數字礦山 [J].煤炭科學技術，2006，34（1）：23-27.

[4]王國法.煤礦高效開采工作面成套裝備技術創新與發展 [J].煤炭科學技術，2010，38（1）：63-68.

[5]黃曾華，苗建軍.綜采工作面設備集中控制技術的應用研究[J].煤炭科學技術，2013，41（11）：14-17.

[6]閏孝短，付華，劉南，等.綜采自動化監控系統設計與實現[J].儀表技術與傳感器，2010（10）：73-75.

[7]張敏，于寶申.煤礦綜合自動化監控系統設計及應用[J].煤炭技術，2008 27（2）：37-39.

[8]袁毅，吳晨.柔性可擴展體系結構非特定人語音識別系統[J].計算機應用研究，2005，203-205.

[9]李虎生，劉加，劉潤生.語音識別說話人自適應研究現狀及發展趨勢[J].電子學報，2003，（1）：103-108.

[10]張昊天.郵包核對語音識別系統的開發和實現[D].北京：清華大學電子工程系，2000.