91人妻一区二区三区在线|中国三级黄色片全部播放|五月婷色情网东京热无码双泬|亚洲国产熟妇一区|日韩特黄超黄无码做爱视频|在线更新日韩黄色AAA三级|黄片视频aaaa|制服丝袜美腿电影一区二区|精品99久久久久成人小说|av免费在线导航网

鐵甲工程機械網(wǎng)> 工程機械資訊> 行業(yè) > 節(jié)水10萬m3/年!遼工大楊辛未副教授團隊研發(fā)的露天礦加水站智能加水系統(tǒng)在哈爾烏素露天煤礦成功應(yīng)用

節(jié)水10萬m3/年!遼工大楊辛未副教授團隊研發(fā)的露天礦加水站智能加水系統(tǒng)在哈爾烏素露天煤礦成功應(yīng)用

針對露天礦傳統(tǒng)加水站依賴人工操作、水資源浪費嚴重及設(shè)備易損等問題,研究并設(shè)計了一套集智能感知、精準控制與自動作業(yè)于一體的露天礦智能加水系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化架構(gòu),融合RFID與視覺識別技術(shù)實現(xiàn)灑水車的自動識別與精確定位;基于深度視覺完成注水口的智能識別與三維定位;結(jié)合機械臂協(xié)同控制實現(xiàn)注水口的自動對中與注水操作;引入多芯自清洗過濾器以應(yīng)對高濁度水質(zhì),保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行。實際應(yīng)用表明,該系統(tǒng)顯著提升了加水作業(yè)的自動化水平與作業(yè)效率,有效節(jié)約水資源,降低設(shè)備維護成本,增強作業(yè)安全性,具備良好的推廣價值與跨行業(yè)應(yīng)用潛力。

文章來源:《智能礦山》2026年第1期“學(xué)術(shù)園地”欄目

第一作者:楊辛未,副教授,博士(后),主要從事煤礦裝備動態(tài)特性與智能化技術(shù)的理論研究與實踐工作。Email:ybestxinwei@163.com

作者單位:遼寧工程技術(shù)大學(xué)

引用格式:楊辛未,陳洪月,陳奇. 露天礦加水站智能加水系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用[J]. 智能礦山,2026,7(1):135-141.

點擊文末左下角閱讀原文,免費下載閱讀pdf全文

關(guān)注微信公眾號,了解更多礦山智能化建設(shè)進展

在露天礦生產(chǎn)流程中,道路灑水抑塵作為保障作業(yè)安全與落實環(huán)保要求的重要環(huán)節(jié),降塵效果直接影響礦區(qū)工作條件、設(shè)備使用壽命及周邊生態(tài)環(huán)境。然而,隨著開采技術(shù)不斷進步,國內(nèi)多數(shù)露天礦仍在使用傳統(tǒng)人工或半自動化加水設(shè)施。加水過程對人的依賴度高,灑水車輛駕駛員須反復(fù)下車并攀高調(diào)整車位,勞動負荷大,且存在高空跌落和車輛碰撞等隱患。礦區(qū)用水多取自地表蓄水,含泥沙多、濁度顯著,容易導(dǎo)致灑水車泵體、噴頭及管道迅速磨蝕和堵塞,維修開支大、車輛出勤率低;傳統(tǒng)加水閥門口徑較大、操作費力,若未能及時關(guān)閉,常引發(fā)大量水資源流失。

基于此,在中國神華能源股份有限公司哈爾烏素露天煤礦(簡稱哈爾烏素露天煤礦)開展了現(xiàn)場調(diào)研與實驗驗證,采集了加水作業(yè)的人工操作時長、單次加水溢流量、設(shè)備故障停機時間和維護成本等指標,研發(fā)了一套集智能感知、精準控制、自動作業(yè)與智慧管理于一體的露天礦智能加水系統(tǒng),解決并量化傳統(tǒng)人工加水方式的不足,為行業(yè)提供可復(fù)制、可推廣的智能化解決方案,露天礦智能加水系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,露天礦智能加水系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用如圖2所示。

圖1 露天礦智能加水系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 露天礦智能加水系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用

露天礦智能加水系統(tǒng)主要研究內(nèi)容

圍繞露天礦加水作業(yè)的全流程,開展了系統(tǒng)性、一體化的技術(shù)攻關(guān)。涵蓋各獨立功能模塊研發(fā)、模塊協(xié)同機制與系統(tǒng)級集成方案的構(gòu)建,確保智能加水系統(tǒng)在實際工況下的高效性。主要研究內(nèi)容包括以下6個方面。

(1)構(gòu)建了模塊化快速移設(shè)技術(shù)體系,加水站結(jié)構(gòu)分為車輛識別定位、視覺檢測分析、機械臂運動控制、數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng),通過標準化接口和箱體快速連接技術(shù),實現(xiàn)了設(shè)備與采礦工作面的同步推進。

(2)研發(fā)了灑水車精準引導(dǎo)協(xié)同技術(shù),融合RFID識別與視覺檢測雙重方案,利用廣角工業(yè)相機對停車區(qū)域進行監(jiān)控,通過特征匹配算法實時追蹤車輛輪廓并進行位置微調(diào),確保車輛??吭跈C械臂可達范圍內(nèi)的最優(yōu)初始位置。

(3)開發(fā)了機械臂自動對接智能監(jiān)管平臺,集成雙目視覺系統(tǒng)與多類傳感器,實時采集機械臂各關(guān)節(jié)姿態(tài)、末端執(zhí)行器位姿、水流量、管道壓力等關(guān)鍵參數(shù),構(gòu)建了全覆蓋的狀態(tài)監(jiān)測體系。

(4)實現(xiàn)了基于深度視覺的注水口智能識別與定位,采用Intel RealSense D455相機與YOLOv5算法相結(jié)合的技術(shù)方案。在圖像上實時檢測注水口的二維邊界框,將邊界框中心像素映射至深度圖像,精確獲取注水口位姿信息。

(5)研發(fā)了基于視覺引導(dǎo)的機械臂協(xié)同控制技術(shù),建立了“視覺感知-決策控制-機械執(zhí)行”一體化控制系統(tǒng)。將獲取的注水口三維坐標傳輸至主控PLC,進行逆運動學(xué)解算,規(guī)劃出無碰撞、時間最優(yōu)的運動軌跡。

(6)改進了高濁度水體過濾技術(shù),選用多芯式自清洗過濾器。設(shè)計了基于PLC的智能反沖洗控制系統(tǒng)。系統(tǒng)實時監(jiān)測各濾芯進出口的壓差變化,提升了過濾系統(tǒng)在惡劣水質(zhì)條件下的長期運行穩(wěn)定性。

露天礦智能加水系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)突破

(1)構(gòu)建了模塊化智能加水控制系統(tǒng)

模塊化智能加水控制系統(tǒng)采用分布式控制架構(gòu),將加水作業(yè)全過程解構(gòu)為車輛識別定位、視覺檢測分析、機械臂運動控制、水處理系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集管理5大功能模塊??刂葡到y(tǒng)核心采用高性能PLC作為主站,分別與RFID讀寫器、視覺識別系統(tǒng)、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等從站設(shè)備構(gòu)成完整的控制回路,實現(xiàn)了從車輛入場識別到加水完成離場的全流程自動化作業(yè)。系統(tǒng)采用集中管理、分散控制的思想實現(xiàn)了系統(tǒng)功能的靈活配置,各模塊間協(xié)同作業(yè)流暢,提升了設(shè)備的可維護性和可擴展性,智能加水車機終端界面如圖3所示。

圖3 智能加水車機終端界面

模塊化的軟件設(shè)計系統(tǒng)支持功能模塊的靈活配置與在線調(diào)試,縮短了維護周期。經(jīng)實機檢驗后,智能控制系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間小于200 ms,數(shù)據(jù)采集完整率達到99.2%,有效保障了各執(zhí)行機構(gòu)的精準協(xié)同。智引入能診斷功能,系統(tǒng)實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài),提前預(yù)警潛在故障,非計劃停機時間降低了70%以上??刂葡到y(tǒng)的模塊化架構(gòu)為后續(xù)擴展提供了便利,可根據(jù)不同礦區(qū)需求快速適配新的硬件設(shè)備與控制策略,提升了系統(tǒng)的適用范圍與生命周期,智能加水控制系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 智能加水控制系統(tǒng)

(2)研發(fā)出灑水車精準引導(dǎo)協(xié)同技術(shù)

基于RFID和視覺識別技術(shù),構(gòu)建了完整的灑水車身份識別與定位引導(dǎo)系統(tǒng)。車輛身份識別與定位引導(dǎo)系統(tǒng)通過讀取車載電子標簽,自動識別車型并調(diào)取對應(yīng)的標準注水口位置信息,RFID定位引導(dǎo)系統(tǒng)示意如圖5所示。

圖5RFID定位引導(dǎo)系統(tǒng)示意

將RFID的快速身份識別優(yōu)勢與機器視覺的空間定位能力相結(jié)合,形成優(yōu)勢互補的雙重保障機制。系統(tǒng)部署了多臺監(jiān)控作為引導(dǎo)備選方案,預(yù)防極端天氣導(dǎo)致視覺與RFID失效的臨時措施,進一步穩(wěn)固對進入作業(yè)區(qū)域灑水車的自動識別和精確定位。建立包含礦區(qū)所有車型的數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)自動調(diào)取對應(yīng)車型的注水口位置參數(shù),并結(jié)合聲光引導(dǎo)裝置,為司機提供直觀的停車指引。系統(tǒng)針對礦區(qū)復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾需求,通過語音、指示燈等直觀方式,引導(dǎo)司機將車輛停泊至預(yù)設(shè)的最佳加水區(qū)域,為后續(xù)的自動對中作業(yè)奠定基礎(chǔ),確保了識別的準確性和穩(wěn)定性。實際應(yīng)用表明,該引導(dǎo)系統(tǒng)將車輛停泊至預(yù)設(shè)位置的成功率由80%提升至95%,平均引導(dǎo)時間小于60 s,灑水車引導(dǎo)定位示意如圖6所示。

圖6 灑水車引導(dǎo)定位示意

(3)開發(fā)了機械臂自動對接智能監(jiān)管平臺

雙目相機通過廣視角大范圍掃描,獲取灑水車頂部的海量點云數(shù)據(jù)。平臺深度融合了實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理與遠程運維功能,經(jīng)過坐標變換、直通濾波、DBSCAN聚類等一系列算法處理,精準識別并擬合出注水口的圓形輪廓,并求解其中心三維坐標。

結(jié)合基于改進D-H參數(shù)法建立的5自由度機械臂運動學(xué)模型,進行逆運動學(xué)解算,驅(qū)動機械臂完成精準的空間定位與對中。集成流量計、壓力變送器、濁度計、液位計等傳感器,構(gòu)建了全覆蓋的狀態(tài)監(jiān)測與數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺,實現(xiàn)了加水全過程的可視化、數(shù)據(jù)化與可追溯管理。

在實際運行中,監(jiān)管平臺采用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu),建立了標準化的數(shù)據(jù)通信協(xié)議和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理規(guī)范。通過可視化監(jiān)控界面,操作人員可以實時掌握系統(tǒng)運行狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。平臺還具備遠程診斷和維護功能,支持設(shè)備運行狀態(tài)的預(yù)測性分析,為加水站的智能化管理和無人化值守提供了技術(shù)保障,提升了管理效率。實驗結(jié)果表明,平臺數(shù)據(jù)采集完整率為98.8%,實現(xiàn)加水報表的自動生成和歷史數(shù)據(jù)的多維度分析。

(4)基于深度視覺的注水口識別與定位

采用Intel RealSense D455深度相機與YOLOv5目標檢測算法相結(jié)合的技術(shù)方案,實現(xiàn)了灑水車注水口的快速精準識別與定位。該系統(tǒng)通過D455相機同步獲取RGB圖像與深度信息,提出了一種適用于方形注水口的輕量化YOLOv5s模型改進方法,采用優(yōu)化后的YOLOv5s模型實時輸出注水口的二維邊界框,并依據(jù)相機內(nèi)參及深度數(shù)據(jù)完成注水口三維空間坐標的解算。為應(yīng)對礦區(qū)光照多變與粉塵干擾等復(fù)雜條件,研究構(gòu)建了不同車型、光照及視角的2 000余張注水口圖像樣本集。通過引入數(shù)據(jù)擴充與遷移學(xué)習(xí)方法,有效增強了檢測模型在實際工業(yè)場景中的適應(yīng)性與穩(wěn)定性,注水口智能識別示意如圖7所示。

圖7 注水口智能識別示意

視覺識別系統(tǒng)優(yōu)化了部分遮擋、光照突變等復(fù)雜情況的處理能力,通過多幀融合和軌跡預(yù)測算法,克服廠房輕微晃動帶來的定位誤差。相較于傳統(tǒng)的激光雷達方案,視覺識別系統(tǒng)在保持200 mm定位精度,降低了硬件成本,且能夠提供更豐富的紋理信息用于后續(xù)的視覺伺服控制。實際測試表明,該識別系統(tǒng)在多種工況下的識別準確率為98.2%,平均檢測時間為120 ms。基于深度學(xué)習(xí)的三維視覺定位方案,與激光雷達檢測方案相比,采用深度相機方案成本降低了約70%,為智能加水系統(tǒng)提供了經(jīng)濟可靠的感知能力,提升了系統(tǒng)的實用性和推廣價值。

(5)基于視覺引導(dǎo)的機械臂協(xié)同控制技術(shù)

建立了完整的“視覺感知-決策控制-機械執(zhí)行”一體化控制系統(tǒng),系統(tǒng)工作時,深度視覺系統(tǒng)首先完成對灑水車注水口的識別與定位,將獲取的三維坐標數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至主控PLC。PLC作為系統(tǒng)的控制核心,實時解析坐標數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為機械臂各關(guān)節(jié)的運動指令,將控制信號發(fā)送至伺服驅(qū)動系統(tǒng)。伺服電機在接收到位置指令后,驅(qū)動機械臂各關(guān)節(jié)協(xié)同運動,最終實現(xiàn)末端執(zhí)行器與注水口的精準對接。整個控制流程形成了完整的閉環(huán)反饋,確保了系統(tǒng)響應(yīng)的實時性和準確性。

系統(tǒng)設(shè)計了抗干擾控制策略,有效補償因車輛輕微晃動帶來的定位誤差。在工作過程中,協(xié)同控制系統(tǒng)具有出色的動態(tài)性能和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明,視覺系統(tǒng)獲取坐標到機械臂開始運動的總響應(yīng)時間為毫秒級,機械臂末端定位精度為±3 mm,滿足注水口對接的精度要求。操作系統(tǒng)機械臂控制界面如圖8所示。

圖8 操作系統(tǒng)機械臂控制界面

(6)創(chuàng)新了高濁度水體過濾技術(shù)

針對礦區(qū)水源含砂量大、雜質(zhì)類型復(fù)雜的情況,選用多芯式自清洗過濾器作為關(guān)鍵水處理裝置。通過采用楔形結(jié)構(gòu)濾網(wǎng)與改進的流道布局,在維持較高過濾精度的基礎(chǔ)上,增強了系統(tǒng)的污物容納能力與處理效能。系統(tǒng)設(shè)定基于濾芯壓差閾值或運行時長作為反沖洗觸發(fā)條件,可自動啟用自清潔流程,利用系統(tǒng)內(nèi)部凈水對單濾芯執(zhí)行反向沖洗,并快速開啟排污閥以徹底排除截留雜質(zhì)。智能控制系統(tǒng)依據(jù)進水水質(zhì)的動態(tài)變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)反沖洗參數(shù),實現(xiàn)不停機連續(xù)運行,提高自動化水平,保障在惡劣水質(zhì)條件下的持久穩(wěn)定工作,操作系統(tǒng)管理平臺界面如圖9所示。

圖9 操作系統(tǒng)管理平臺界面

露天礦智能加水系統(tǒng)集成與測試

智能加水系統(tǒng)集成重點解決了車輛識別、深度視覺定位及機械臂協(xié)同控制的耦合一致性問題,使各模塊能夠在粉塵、光照突變及車輛微晃動等復(fù)雜工況下保持穩(wěn)定運行。

(1)經(jīng)過現(xiàn)場實際驗證,智能加水系統(tǒng)在效率、對接精度與溢流控制方面優(yōu)于人工方式和現(xiàn)有半自動加水樁等方案。從評估系統(tǒng)性能來看,相較于礦區(qū)常用的半自動加水樁,該系統(tǒng)將單次加水耗時降低至12 min,效率提升57%;對接誤差由30 mm降至小于5 mm,提高約66.7%;溢流率從12%降至3.8%。

(2)從經(jīng)濟成本來看,智能加水系統(tǒng)在節(jié)水量、維護成本和停機損失方面均優(yōu)于傳統(tǒng)自動化方案。智能系統(tǒng)溢流占比為3.8%,對應(yīng)年化節(jié)水量約10萬m3,為半自動加水樁2.5 倍。人工上下車并調(diào)整注水位置的平均耗時為 4.6 min/次,人工控制下單次加水的平均溢流量占加水總量23.5%,因泥砂導(dǎo)致的泵體及噴嘴非計劃維修頻率為1.8次/(年·臺),平均單次維修成本約2 500元,系統(tǒng)年度維護成本降低 46.4%,綜合投入回收期18個月。

露天礦智能加水系統(tǒng)應(yīng)用效果

智能加水系統(tǒng)在哈爾烏素露天煤礦的成功部署與穩(wěn)定運行,歷經(jīng)了嚴苛的工業(yè)環(huán)境檢驗,效能已得到充分驗證。系統(tǒng)通過智能化技術(shù)變革了傳統(tǒng)加水作業(yè)模式,在生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益、安全管控及系統(tǒng)適應(yīng)性等多個維度均取得了突破性成效,主要體現(xiàn)在以下3個方面。

(1)提升自動化水平

智能加水系統(tǒng)在哈爾烏素露天煤礦投入應(yīng)用后,通過注水口的自動識別與機械臂的精準對中,實現(xiàn)了加水作業(yè)的全流程自動化。灑水車司機無需下車參與,單次加水作業(yè)時間顯著縮短,車輛效率大幅提升,有效保障了礦區(qū)降塵作業(yè)的連續(xù)性和高效性。

(2)節(jié)水降耗與成本優(yōu)化

通過精準對中和定量控制,從源頭杜絕了加水過程中的溢流浪費,節(jié)水效益顯著。同時,其多級過濾系統(tǒng)有效改善了水質(zhì),降低了灑水車水泵、噴嘴等部件的磨損和堵塞風(fēng)險,減少了設(shè)備維修頻率和維護成本。

(3)保障作業(yè)與管理透明化

司機避免登高作業(yè)和頻繁上下車帶來的安全風(fēng)險,搭建的數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺實現(xiàn)了加水全過程的可視化與數(shù)據(jù)化,所有作業(yè)數(shù)據(jù)均可追溯,為礦區(qū)精細化管理和成本核算提供了精準依據(jù)。

總結(jié)

(1)通過融合RFID識別、深度視覺定位、機械臂協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù),實現(xiàn)加水作業(yè)的全流程自動化。智能加水系統(tǒng)將單次加水時間縮短至12 min,對接誤差低于5 mm,溢流率降至3.8%,提升了作業(yè)效率與資源利用率。

(2)智能加水系統(tǒng)在技術(shù)層面實現(xiàn)了多項突破,包括基于YOLOv5與深度相機的注水口快速識別與三維定位、視覺引導(dǎo)的機械臂高精度對接控制、多芯自清洗過濾器的智能反沖洗控制等,形成了“感知-決策-執(zhí)行”一體化的智能加水解決方案。

(3)智能加水系統(tǒng)具備模塊化、可配置的特點,可在同類露天礦中復(fù)制推廣。未來可進一步拓展至礦用設(shè)備自動加油、潤滑等補給場景,并有望通過技術(shù)適配,應(yīng)用于港口、物流園區(qū)等跨行業(yè)領(lǐng)域,推動相關(guān)行業(yè)的技術(shù)升級與智能化發(fā)展。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中,SCI收錄1種,Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種,是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地,也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》(月刊,CN 10-1709/TN,ISSN 2096-9139)是由中國煤炭科工集團有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進展的綜合性技術(shù)刊物。

主編:王國法院士

刊載欄目:企業(yè)/團隊/人物專訪政策解讀視角·觀點智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報道等。

投稿網(wǎng)址:www.chinamai.org.cn(期刊中心-作者投稿)

?? 征稿函詳見鏈接: 征稿┃《智能礦山》面向廣大讀者征稿,歡迎投稿

期刊成果:創(chuàng)刊5年來,策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進展發(fā)布會”“煤炭清潔高效利用先進成果發(fā)布會”“《智能礦山》理事、特約編輯年會暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動20余次。組建了理事會、特約編輯團隊、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團隊,打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺,全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗。

?? 具體詳見鏈接:《智能礦山》創(chuàng)刊5周年回顧

聯(lián)系人:李編輯 010-87986441

郵發(fā)代號:82-476

?? 期刊訂閱詳見鏈接:歡迎訂閱┃《智能礦山》雜志2026年訂閱開始了!

往期薦讀

往期特刊

中國煤科特刊

陜煤集團特刊

神東專欄

重大進展特刊

露天礦特刊

理事單位特刊

紅柳林煤礦特刊

創(chuàng)新技術(shù)特刊

創(chuàng)刊號

版權(quán)聲明

本刊對已出版文章持有電子版、網(wǎng)絡(luò)版及進行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)交流和與各網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫合作的權(quán)利,稿酬一次性付清,版權(quán)歸本刊與作者共同所有,如不同意,請在投稿時聲明。



聲明:本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng),請讀者僅作參考,并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑,請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系,本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理,再次感謝您的閱讀與關(guān)注。

相關(guān)文章
我要評論
表情
歡迎關(guān)注我們的公眾微信