摘要：针对输煤作业区域安全生产要求，以遏制人身事故为目的，提出一种用新型测绘技术及设备实时感知煤场作业环境及动作，并通过物联网与控制系统实时分析的系统，经过实践验证，改造效果良好。
关键词：本质安全；输煤；数字化感知
引言
本质安全是指“通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能”。广义的本质安全不是指简单的对设备增加额外的防护，而是通过提高设计、制造、安装、调试、运行、检修、维护水平，消除设备和系统的不安全状态，从而避免事故的发生。简而言之就是预先发现发生事故的可能并提前做出处置。
随着各大发电企业对安全生产的重视，实现输煤作业本质安全，有效遏制人身事故逐渐成为发电企业的生产重要目标。
1方案总体思路
现有燃煤相关作业过程中，由于作业环境复杂、人为因素多等原因无法大规模采用进行自动化作业设备。同时由于原有传感探测设备的局限性无法实现复杂环境条件下的燃煤作业过程的数字化感知。从而使得对安全事故的预防工作变得还停留于制度要求、人工排查、视频监控上。无法有效从源头切断安全事故发生的可能。
基于以上现状，拟研究一套系统，用新型测绘技术及设备实时感知煤场作业环境及动作，并通过物联网与控制系统实时分析，实现对现场情况的预判断，对生产做出科学指导。
物联网技术和新型感知测绘技术实现对现实人员作业动作、设备工作状态、空间感知的数字化描述，并通过无线网技术上传至电厂燃煤安全生产数据运算平台，平台控制系统通过数据融合与处理，通过SOA服务传递给监控终端，如监控系统、手持终端、音响、警示灯。
2系统构架
本项目分别针对汽车煤采样机作业、煤场推煤机和装载机等工程车辆作业和入炉磨煤机前端的皮带作业中存在的人员安全隐患，利用多种空间测绘和行为感知设备以及算法，开发一套有效可行的硬件装置及其相关控制系统，实现提前预判对应设备作业过程中可能出现人员安全隐患并做出报警提示，同时根据作业设备和报警级别的不同，采取直接暂停作业或持续声光报警等应对措施。同时，利用为实现煤场推煤机人员安全作业而采用的空间测绘技术，实现对煤场的自动实时盘煤。
系统包含硬件和软件，网络拓扑图分为现场感知层、计算机软件层、应用层三层。
现场感知层主要识别物体，采集信息，主要包括设备如下：
1）超声波测距设备：用来对当前进行采样操作的车辆进行定位，以确定车辆的具体位置。
2）人体识别设备：用于识别汽车采样机工作区域是否存在人员。
3）激光成像设备：安装在推煤机驾驶室上方支架上，用于对推煤机周围进行成像，发现陡坡、深坑等危险区域。
4）红外夜视设备：安装在推煤机驾驶室上方支架上，用于为推煤机提供夜间地面成像。
5）倾斜角度检测设备：安装在推煤机驾驶室上方平面上，用于判断推煤机当前与水平面的角度。
6）摄影测绘设备：用于对煤场进行实时三维测绘。
7）人员识别及行为判断设备:用于识别输煤皮带区域人员及人员行为。
8）RFID感知设备：人员携带移动式电子标签，在输煤皮带区域的关键部位安装RFID 射频识别设备，采集区域内人员信息。
计算机软件层按照工业功能区分成各个小系统，主要包括系统如下：
1）汽车煤采样机安全工作系统：获取车辆定位数据结合车型确定车厢具体位置，生成采样机采样头可运行区域。获取人员识别数据，判断采样机工作时工作区域内是否有人员。
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2）推煤机安全作业系统：采集外部感知设备的数据实时形成车辆周围环境和车辆姿态的数字化建模，并判断车辆当前运行路线是否存在危险，并将信息反馈到车载显示设备。接收摄影测绘设备数据判别当前煤场范围内所有车辆位置信息，实时分析推煤机作业区域边界及推煤机位置信息，防止推煤机在煤堆边界发生跌落、防止推煤机之间碰撞危险，并给出预报警，同时生成车辆运行轨迹。
3）煤场实时盘煤系统：接收摄影成像数据，实时分析当前煤场的三维图形信息，并根据煤质、密度信息生成煤场当前库存信息。盘煤更新速度可以达到数十秒内更新一次煤场最新煤量。实现真正意义上的实时盘煤。
4）输煤皮带危险行为识别系统：接收摄像头实时图像，运用视频分析技术识别人员及人员行为，通过RFID标签识别进入区域的人员信息，判断该人员是否具有进入该区域权限。
应用层主要负责用户的各种应用，主要包括如下应用：
1）汽车采样机：根据汽车煤采样机安全工作系统产生的车厢位置信息可限制采样头的工作区域，防止采样头在下探过程中对车辆及人员造成伤害。通过采样机工作区域内人员信息可判断是否可以启动采样或是否需要暂停采样。
2）推煤机安全提示设备：放置于推煤机驾驶室内中控台上,夜视显示屏在夜间显示推煤机周围夜视图像。接收推煤机安全作业系统发送的报警信息，并根据报警级别的不同给出不同的声光报警或推煤机熄火操作。
3）实时盘煤：实时盘煤结果可提供标准数据接口，向厂内其他管理平台发送实时盘煤数据，实现实时盘煤信息数据上报。
4）输煤皮带程控系统：结合输煤皮带危险行为识别系统发送的报警信息，根据报警级别的不同进行声光报警或暂停皮带运行。
3主要关键技术
1）物联网技术
物联网技术是通过射频识别、红外感应器、GPS、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络技术。物联网可以实现人与物、物与物信息的交换。物联网技术的关键在于将各类感知传感设备的信号数字化并通过网络远传至数据接收处理设备。本课题结合实际应用场景，采用基于WIFI无线网络和有线网络技术结合的方式实现数据的传输。
2）激光成像技术
激光成像技术是利用激光束扫描物体，将反射光束反射回来，得到的排布顺序不同而成像。用图像落差来反映所成的像。具有测绘精度高、成像速度快的优点。本课题结合实际应用场景，将激光成像技术作为推煤机周围环境探测设备。
3）摄影测绘技术
该技术以数字相（像）机为图像采集传感器、并对所摄图像进行数字处理的近景摄影测量称为数字近景摄影测量。
此类系统与其它类系统一样具有精度高、非接触测量和便携等特点。此外，还具有其它系统所无法比拟的优点：测量现场工作量小、快速、高效和不易受温度变化、振动等外界因素的干扰。凡是可以摄取其影像的目标，均可作为近景摄影测量的对象，以获得目标物上点群的三维空间坐标，以及基于这些空间坐标的长度、面积、体积等。
4）多传感器同步控制电路设计
本工作实现获取二维数据的传感器与获取一维数据的传感器在时间上的协同完成，也即多传感器集成空间数据采集，其技术核心是各传感器控制电路的设计。主要包括扫描仪控制板、扫描仪接口、位置传感器、SD卡驱动等模块的电路设计。
4改造效果
本系统利用物联网及自控智能技术手段，结合互联网技术，提前发现安全隐患并阻止安全事故发发生，做到煤场作业本质安全。
样机已在河南某电厂安装运行半年，多次通过危险预警独绝了现场安全事故，运行效果良好。
参考文献：
[1]张海洋，臧杰.三维数字化管理系统圆形煤场应用实践[J].华电技术.
作者简介：姜钧，男，湖北随州人，研究方向为电厂电气工程及自动化。
论文作者:姜钧
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/22
标签：作业论文; 煤场论文; 设备论文; 实时论文; 人员论文; 煤机论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第28期论文;