基于机器视觉的架空乘人装置智能控制系统的改造研究

柴晓军

（大同煤矿集团同生树儿里煤业有限公司，山西 大同 037100）

1 架空乘人装置应用的现状分析

树儿里煤业主斜井采用RJKY37-25/1500 型架空乘人装置，最大工作适应距离1500 m，电机型号为YBK2-250M-6，电机功率37 kW，运输速度1.14 m/s，倾角28°，钢丝绳型号为24-6X19S-1870 型，钢丝绳直径24 mm，最大静张力46.6 kN，安全系数6，双向最大输送效率为206 人/小时，采用固定式单轮驱动循环式布置，重锤张紧，驱动部为电机+减速机驱动。总装示意图如图1。

图1 RJKY37-25/1500 型架空乘人装置总装示意图

该架空乘人装置采用基于三菱PLC 的伺服系统的运动控制系统，对设备的驱动电机、减速机、保护装置、语音系统实现集中控制，装置可以进行一键开启/停止操作，也可以采用预设定模式进行动作，同时具有感受异常运行状态并进行声光报警功能。该架空乘人装置基本上是24 h 不间断运行，如需要停止一般是由人工进行手动操作停止，装置停止运行后如有人需要乘坐，必须联系调度室调度员，由调度员指示架空乘人装置工作人员手动操作重新启动架空乘人装置。从应用实践来看，装置无法自动检测是否有人员在架空乘人装置，往往乘坐人员全部下车后设备仍然还在空转运行当中，造成了资源的严重浪费。该装置长期24 h 不间断运行，设备维修和保养周期缩短、费用增加，同时降低了设备的使用寿命。

基于RJKY37-25/1500 型架空乘人装置人工控制措施存在的种种问题，对其控制系统进行改造优化，将机器视觉技术应用于设备的控制系统当中，可以实现设备运行的智能控制和智能调速。

设计采用机器视觉和热释红外传感器综合判断人员乘坐示意图，实现架空乘人装置的自动运行。

2 架空乘人装置智能控制系统的改造方案

2.1 改造方案

改造后的架空乘人装置控制系统如图2 所示，主要包括就地操作单元、变频器、就地控制器、信号转换器、PLC 控制器和光电转换，其中信号转换器、PLC 控制器和光电转换为新增加设备。核心采用西门子S7-500 系列PLC 控制器，实现对架空乘人装置的远程启停；信号转换器将原控制系统内运行参数的电信号转化为数字信号并进行读取；信号转换器、PLC 控制器自带以太网接口，汇聚至光电转换模块一并接入煤矿环网交换机。新增的控制设备可以将架空乘人装置运行参数实时上传至地面调度室的集中控制中心，进而在集中控制中心对架空乘人装置实施远程监控，主要包括有预警、启停、急停、复位信号等。

图2 改造后架空乘人装置控制系统示意图

2.2 工作过程及原理

在树儿里煤业主斜井RJKY37-25/1500 型架空乘人装置的一区段、二区段、+550 m 水平段乘人上下车点安设GUR7.5 矿用本安型热释红外传感器。人体体温为36～37 ℃，会发现10 μm 左右的红包外，当有行人进入热释红外传感器受控区域时，热释红外传感器可以检测到人体体温释放的红外信号（检测距离可达5 m 以上），经过BISS0001 集成块处理并输出继电器常闭信号；当无行人移动时，热释红外传感器感应到的只是背景温度，经过BISS0001集成块处理并输出继电器常开信号。根据热释红外传感器采集到的常闭信号和常开信号，可以基于行人的位移情况自动触发架空乘人装置运行开关的启停，同时在架空乘人装置沿线的乘人点安装智能识别摄像仪，如图3。

图3 架空乘人装置沿线乘人点智能识别摄像仪安装

在架空乘人装置智能控制系统及智能识别摄像仪中采用了机器视觉技术，可在图像及图像描述之间建立映射关系，采用计算机与数字图像进行处理和分析进而掌握视频画面内容，结合热释电传感器的辅助判断，通过数学建模，可有效判断人员乘坐方向和乘坐数量。在该基础上，智能控制系统可以智能控制设备的运行模式和状态，进而实现架空乘人装置在上、下班时间段全速运行，在人少时间段实现自动低速运行模式，在无人状态下可智能停止运行。

3 实践应用及效果分析

2021 年5 月树儿里煤业主斜井RJKY37-25/1500 型架空乘人装置完成基于机器视觉的架空乘人装置智能控制的安装和调试，并投入到了实践应用当中。从2021 年5 月至今，改造后的架空乘人装置和控制系统整体运行正常，设备运行效率大幅度提高，其优越性主要表现在以下几方面：

（1）实现了不同时间段采取不同的运行模式，运行有序高效，设备损耗降低，可减少架空乘人装置岗位工作人员。

（2）可实现智能调速运行，在满足员工乘坐的基础上，又能减少设备运行时间，节能降耗效果显著。

（3）架空乘人装置控制系统接入到了地面调度集中控制中心，在集中控制中心可远程对架空乘人装置的运行情况进行实时监测，通过智能识别摄像仪图像数据对人员乘坐方向和乘坐数量进行判断，如发现设备运行异常，可远程对设备进行启停止、报警复位、强制解锁等操作。

（4）在集中控制中心可以实时掌握架空乘人装置运行的速度、油温、油位，变频器频率以及频率给定值，可在合理的时间段对设备进行维修和保养，降低维修和保养成本。

（5）在集中控制中心可掌握架空乘人装置运行的电耗情况，从而制定合理的用电方案，实现设备科学调荷避峰，降低设备运行用电成本。

4 安全经济效益分析

基于机器视觉的架空乘人装置智能控制系统投入实践应用后，为企业创造了较好的安全经济效益。当前架空乘人装置已运行半年之久，无一起安全事故发生，智能控制系统的应用保障了设备运行的安全性，安全效益显著。

改造后，设备每日可节省停止运行时间约为8 h，每年可节约用电量约为106 560 kW·h，预计每年可节省电费4.9万元；设备每年可节约润滑油费用约2.6万元；每年可节约脱绳轮和钢丝绳费用约3.5 万元；可减少架空乘人装置司机岗位工3 人，每年可节省人力费用约45 万元。该项目的实践应用每年可为煤矿节省费用约55 万元，经济效益显著。基于机器视觉的架空乘人装置智能控制系统具有智能性和先进性，可在同类型架空乘人装置中进行推广应用。