基于機器視覺的架空乘人裝置智能控制系統的改造研究

柴曉軍

（大同煤礦集團同生樹兒里煤業有限公司，山西 大同 037100）

1 架空乘人裝置應用的現狀分析

樹兒里煤業主斜井采用RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置，最大工作適應距離1500 m，電機型號為YBK2-250M-6，電機功率37 kW，運輸速度1.14 m/s，傾角28°，鋼絲繩型號為24-6X19S-1870 型，鋼絲繩直徑24 mm，最大靜張力46.6 kN，安全系數6，雙向最大輸送效率為206 人/小時，采用固定式單輪驅動循環式布置，重錘張緊，驅動部為電機+減速機驅動。總裝示意圖如圖1。

圖1 RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置總裝示意圖

該架空乘人裝置采用基于三菱PLC 的伺服系統的運動控制系統，對設備的驅動電機、減速機、保護裝置、語音系統實現集中控制，裝置可以進行一鍵開啟/停止操作，也可以采用預設定模式進行動作，同時具有感受異常運行狀態并進行聲光報警功能。該架空乘人裝置基本上是24 h 不間斷運行，如需要停止一般是由人工進行手動操作停止，裝置停止運行后如有人需要乘坐，必須聯系調度室調度員，由調度員指示架空乘人裝置工作人員手動操作重新啟動架空乘人裝置。從應用實踐來看，裝置無法自動檢測是否有人員在架空乘人裝置，往往乘坐人員全部下車后設備仍然還在空轉運行當中，造成了資源的嚴重浪費。該裝置長期24 h 不間斷運行，設備維修和保養周期縮短、費用增加，同時降低了設備的使用壽命。

基于RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置人工控制措施存在的種種問題，對其控制系統進行改造優化，將機器視覺技術應用于設備的控制系統當中，可以實現設備運行的智能控制和智能調速。

設計采用機器視覺和熱釋紅外傳感器綜合判斷人員乘坐示意圖，實現架空乘人裝置的自動運行。

2 架空乘人裝置智能控制系統的改造方案

2.1 改造方案

改造后的架空乘人裝置控制系統如圖2 所示，主要包括就地操作單元、變頻器、就地控制器、信號轉換器、PLC 控制器和光電轉換，其中信號轉換器、PLC 控制器和光電轉換為新增加設備。核心采用西門子S7-500 系列PLC 控制器，實現對架空乘人裝置的遠程啟停；信號轉換器將原控制系統內運行參數的電信號轉化為數字信號并進行讀取；信號轉換器、PLC 控制器自帶以太網接口，匯聚至光電轉換模塊一并接入煤礦環網交換機。新增的控制設備可以將架空乘人裝置運行參數實時上傳至地面調度室的集中控制中心，進而在集中控制中心對架空乘人裝置實施遠程監控，主要包括有預警、啟停、急停、復位信號等。

圖2 改造后架空乘人裝置控制系統示意圖

2.2 工作過程及原理

在樹兒里煤業主斜井RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置的一區段、二區段、+550 m 水平段乘人上下車點安設GUR7.5 礦用本安型熱釋紅外傳感器。人體體溫為36～37 ℃，會發現10 μm 左右的紅包外，當有行人進入熱釋紅外傳感器受控區域時，熱釋紅外傳感器可以檢測到人體體溫釋放的紅外信號（檢測距離可達5 m 以上），經過BISS0001 集成塊處理并輸出繼電器常閉信號；當無行人移動時，熱釋紅外傳感器感應到的只是背景溫度，經過BISS0001集成塊處理并輸出繼電器常開信號。根據熱釋紅外傳感器采集到的常閉信號和常開信號，可以基于行人的位移情況自動觸發架空乘人裝置運行開關的啟停，同時在架空乘人裝置沿線的乘人點安裝智能識別攝像儀，如圖3。

圖3 架空乘人裝置沿線乘人點智能識別攝像儀安裝

在架空乘人裝置智能控制系統及智能識別攝像儀中采用了機器視覺技術，可在圖像及圖像描述之間建立映射關系，采用計算機與數字圖像進行處理和分析進而掌握視頻畫面內容，結合熱釋電傳感器的輔助判斷，通過數學建模，可有效判斷人員乘坐方向和乘坐數量。在該基礎上，智能控制系統可以智能控制設備的運行模式和狀態，進而實現架空乘人裝置在上、下班時間段全速運行，在人少時間段實現自動低速運行模式，在無人狀態下可智能停止運行。

3 實踐應用及效果分析

2021 年5 月樹兒里煤業主斜井RJKY37-25/1500 型架空乘人裝置完成基于機器視覺的架空乘人裝置智能控制的安裝和調試，并投入到了實踐應用當中。從2021 年5 月至今，改造后的架空乘人裝置和控制系統整體運行正常，設備運行效率大幅度提高，其優越性主要表現在以下幾方面：

（1）實現了不同時間段采取不同的運行模式，運行有序高效，設備損耗降低，可減少架空乘人裝置崗位工作人員。

（2）可實現智能調速運行，在滿足員工乘坐的基礎上，又能減少設備運行時間，節能降耗效果顯著。

（3）架空乘人裝置控制系統接入到了地面調度集中控制中心，在集中控制中心可遠程對架空乘人裝置的運行情況進行實時監測，通過智能識別攝像儀圖像數據對人員乘坐方向和乘坐數量進行判斷，如發現設備運行異常，可遠程對設備進行啟停止、報警復位、強制解鎖等操作。

（4）在集中控制中心可以實時掌握架空乘人裝置運行的速度、油溫、油位，變頻器頻率以及頻率給定值，可在合理的時間段對設備進行維修和保養，降低維修和保養成本。

（5）在集中控制中心可掌握架空乘人裝置運行的電耗情況，從而制定合理的用電方案，實現設備科學調荷避峰，降低設備運行用電成本。

4 安全經濟效益分析

基于機器視覺的架空乘人裝置智能控制系統投入實踐應用后，為企業創造了較好的安全經濟效益。當前架空乘人裝置已運行半年之久，無一起安全事故發生，智能控制系統的應用保障了設備運行的安全性，安全效益顯著。

改造后，設備每日可節省停止運行時間約為8 h，每年可節約用電量約為106 560 kW·h，預計每年可節省電費4.9萬元；設備每年可節約潤滑油費用約2.6萬元；每年可節約脫繩輪和鋼絲繩費用約3.5 萬元；可減少架空乘人裝置司機崗位工3 人，每年可節省人力費用約45 萬元。該項目的實踐應用每年可為煤礦節省費用約55 萬元，經濟效益顯著。基于機器視覺的架空乘人裝置智能控制系統具有智能性和先進性，可在同類型架空乘人裝置中進行推廣應用。