安全生产信息管理的系统，制动系统管理平台在矿井提升机改造项目的应用

导读

依托某矿提升机制动系统改造项目，从液压站、控制柜、制动装置及提升机运行状态整体考虑，综合上位机、闸检测、液压站等平台硬件，开发了制动系统管理平台，实现了基于监测数据的故障诊断与报警、参数修改和数据查询等功能，并进行了工程应用，验证了制动系统管理平台的有效性和可行性。

在竖井矿山生产过程中，提升系统担负设备、矿物、人员和物资运送任务，是连接井下与井上的关键通道。目前，国内煤矿矿井所使用的提升系统中，有相当一部分属于使用 10～30 a 甚至更久的老旧设备。随着矿山安全、高效开采要求的提高，以及智能化矿山建设的推进，提升机及制动装置的改造在各煤矿企业陆续推进，系统故障诊断和智能管理应用是降低停机率、消除安全隐患、提高生产效率的主要手段。

依托平煤集团天安煤业某矿提升机制动系统改造项目，笔者开发了制动系统管理平台，并进行了工程应用。

1 项目介绍

平煤集团某矿使用 20 世纪 80 年代进口的德国GHH 成套提升机，设备类型为塔式 4×4 直联摩擦式提升机，包括主机、电控系统和液压制动系统。该提升机是主要的生产设备，每天工作超过 20 h，担负煤炭提升任务，工作负荷繁重。由于使用年限已久，制动系统可靠性下降，故障多发；制动装置及液压站基本没有检测元件，设备运行检查和维护全靠人员现场目视点检安全生产信息管理的系统，制动系统管理平台在矿井提升机改造项目的应用，不易排查发现隐患；设备运行健康状态未知安全生产信息管理的系统，日常运行多出现偶发故障。以上情况给煤矿企业设备检修与维护造成较大的压力，影响企业生产效率，并构成安全隐患。提升机主要参数如表1 所列。

表1 提升机主要参数

2 设备改造及平台建设方案

制动系统改造包括液压站、制动装置、控制柜、闸监测装置、相关监测和传感接口装置等。

2.1 液压站

将原液压站改造为具备故障自诊断功能的冗余回路恒减速液压站。新液压站配置系统压力、温度、液位及油液污染度监测传感元件，可实时在线监控液压系统运行状态；具备阀芯监控等关键液压元件动作监视功能，通过逻辑判断，诊断和评估液压系统故障；具备蓄能器油压、气压监测及自动充压保护功能，确保满足系统安全制动过程中油压调节的需求。

2.2 制动装置

将原制动器改造为新型盘式制动器，如图1 所示。新制动器动作灵活，滞环小，响应快，线性度高，适应恒减速电液制动过程中高频度、高精度的控制要求；同时，采用新型闸瓦和碟簧，进一步提高了制动力矩安全系数。

图1 新型盘式制动器

2.3 闸监测装置

每组制动装置加装一个闸监测箱，箱内配置通信模块，将监测信号传输给上位一体机内的主站。每组制动器安装一套传感器，完成相关变量(油压、闸间隙、闸盘温度、制动盘偏摆)的采集。监测箱内的模拟量模块及通信模块接收和传递信号，并将上述变量信号发送至上位一体机和管理平台。

2.4 测速机编码装置

为监测提升机运行状态，并为制动系统执行程序提供工况依据，新增测速编码一体机来监测提升机运行速度、位置，以便程序判断是否执行安全制动及执行何种级别的安全制动。为保证测速信号稳定，制动盘内圆现场车削加工，测速机及编码器均采用双路冗余设计，以确保其可靠性。

2.5 制动系统管理平台及其控制柜

新增制动系统管理平台及其主控柜一套。控制柜包括 PLC、模拟量和数字量输入输出模块、电源系统、隔离模块、液压站控制模块、闸监测控制模块、触摸屏等组件。管理平台总体框图如图2 所示。

图2 管理平台结构框图

3 软件设计

系统管理平台主要功能包括性能评估、故障监测、安全测试、制动试验、参数设置、记录查询等。

(1)故障监测及报警 触摸屏显示各种动态监测数值，包括闸盘温度、间隙、偏摆、制动油压、液压站油压、油温、液位及油泵电流、油液污染度，以及上述参数异常时发出的应急处置信号。

(2)参数设置 依托人机交互界面，在触摸屏上实现对系统相关参数的设置和修改，如闸间隙限定值、偏摆最大值、开合闸油压、加热及冷却系统开启条件限值、液位、油液污染度的报警值，以及其他系统参数。

(3)性能衰减评估 完成制动装置、制动盘、液压站以及各关键元器件性能衰减程度的评估，以柱状图形式显示相关性能指标，设置对应的故障报警指示灯。

(4)安全测试试验模块 完成制动装置测试试验性能衰减分析，以曲线图形式显示状态性能，以及是否达到性能衰减限定值，并进行相关评估诊断。

(5)数据记录查询 完成制动装置、制动盘、液压站、提升机关键运行参数的存储记录和查看。

4 管理平台测试与应用4.1 制动系统管理平台

提升机制动系统管理平台的主界面如图3 所示，主要设置提升机运行状态、液压站、制动装置、电源、系统故障与报警、运行趋势等单元模块。主页显示提升机运行状态和制动系统运行参数等关键信息，其他各子系统的性能指标，以及制动装置监测参数、故障报警指示等，可通过触摸对应图标切换至相应模块的显示窗口。

图3 制动系统管理平台主界面

4.2 制动装置监测

智能监控系统主画面如图4 所示。在该界面，可以查看每个制动单元(间隙传感器、温度传感器、偏摆传感器)对应的监控数值及其运行趋势图，分析性能指标及健康状态，提醒维护人员执行加强设备监护、调整制动器间隙、更换碟簧或密封等操作。

图4 制动装置监测界面

4.3 监测控制模块

该模块显示提升机制动装置主要的监测参数及故障报警，包括闸瓦间隙、闸盘偏摆、液压站油压等。故障报警指示灯全部为绿色，说明各主要监测参数均在正常范围内，制动装置运行正常；指示灯变为红色，说明数据异常，提示应检修、调整或更换相关部件。

4.4 安全测试与恒减速制动试验

为确保制动系统始终处于良好工作状态，安全制动功能完备，需定期对提升机制动系统进行试验，测试系统安全。

恒减速制动试验(见图 5)可以测试系统恒减速制动功能是否正常、制动减速时间、速度偏差等，并可根据测试数据评测蓄能器、比例阀、测速装置及控制板性能；同时计算减速度，并将其与防滑验算对比，评判系统紧急制动时是否会滑绳，为调整提升系统运行参数提供依据。

图5 恒减速制动测试

安全测试显示制动装置在健康状态下和测试试验时的曲线以及性能衰减评估结果，如图6 所示。

图6 安全测试试验界面

从图6 可知，制动装置性能得分为 0.95，接近于1，性能评估结果指示为绿色，制动装置工作性能在正常范围内学什么技能好，暂不需要进行故障诊断。

5 结语

提升机制动系统管理平台集成流量制动装置、制动盘、液压站、提升机运行状态监测和自身健康状况评估功能，可以实时监测运行数据并分析制动装置、液压站以及各传感器的性能衰减程度；可以定期进行安全制动试验，并根据试验数据进行性能评估和故障诊断；解决了老提升设备制动系统监控不完善，制动器装置、液压站、电控系统等部件相对孤立，无法集中统一监控管理等问题；实现了制动系统信息全覆盖的综合监控评价，对实现制动系统的智能维护、保障提升系统安全高效运行，具有重要意义。

引文格式：

[1]陈华新，刘贺伟，李娟娟，等.制动系统管理平台在矿井提升机改造项目的应用.[J].矿山机械,2022,50(1):13-17.

精彩内容，欢迎点击

安全生产人员管理系统，基于边缘计算+视觉AI的定员监控系统解决方案

01

方案背景

政府工作报告指出:“社会稳定是国家强盛的前提,要坚持安全第一、预防为主,建立大安全大应急框架,完善公共安全体系,推动公共安全治理模式向事前预防转型。”必须深入贯彻落实,践行“人民至上、生命至上”理念,防范和遏制各类事故发生,牢牢守住安全底线,为构建新发展格局,推动高质量发展创造平安稳定社会环境。

对危险化学品企业重大风险区域人员数量进行管控,有助于有效防范遏制较大及以上生产安全事故,减少人员暴露在危险环境中的安全风险,从根本上消除事故隐患。强化人防、物防、技防措施,着力压减危险化学品企业3人以上 10 人以下及10人以上重大风险区域人员数量,消除人员在危险环境中暴露和人为误操作带来的安全风险,提高企业本质安全水平和安全生产科技保障能力,最终达到推进危险化学品安全风险集中治理聚焦“治本”形成长效机制的目的。

02

建设内容

基于视觉AI技术,针对客户重点场景作业场所安全风险的智能管控实际需求,通过对客户现有摄像头的调研分析及视觉识别内容的整理、分析,以客户的安全生产管理规范行为管理办法为着力点,从信息化、智能化角度,方柚科技(猿人行走)提出了一整套端到端的解决方案——《基于边缘计算+视觉AI的定员监控系统解决方案》。本方案通过信息化、智能化手段,实现动态预警、风险分布、在线巡查、安全承诺等功能,为综合分析、风险防范、风险态势动态研判、事故应急提供支持。涵盖多个子系统集成的智能安全管理系统,包括视频AI分析系统、现场声光告警系统、车辆识别系统、人脸识别系统、AI图像行为识别算法系统、综合智能管控系统。该系统旨在实现出入重点区域、危险工房等内的人员进行数量统计、身份识别、现场显示、满员警示、超员报警、非授权进入报警等功能,对企业燃烧爆炸品危险作业场所内的超员风险进行技术管控。

03

建设方案

《基于边缘计算+视觉AI的定员监控系统解决方案》安全生产人员管理系统,由视频AI分析子系统、车辆识别子系统、人脸识别子系统、告警子系统、综合管理平台组成。系统采用了产品融合的技术架构,同时搭配相应的管理制度措施,可最大化发挥系统效能,规避因技术自身限制及其他不确定因素对系统准确率产生的影响。

方案总体架构如下图所示:

1.视频AI分析系统:实现人员与车辆计数以及数据实时上报,同时通过围界算法识别实现室内外通道现场提醒功能;

2.车辆识别系统:划定车辆识别区,规定停留时间,减少漏识别与误识别;

3.人脸识别系统:搭建人脸识别子系统,包含人脸(身份)识别及人员计数能力;

4.告警系统:与综合管理平台联动,接收控制指令,实现相应告警提醒功能;

5.综合管理平台:打造安全生产智能管控系统-综合管控平台,打通与相关子系统接口,获取前端实时数据并下发控制指令,通过定制化开发应用展示界面及相关功能模块,设计相关业务逻辑与流程,打造核心应用中台,进行不间断的智能动态监测,实现管理+控制+展示的一体化部署,具备良好的兼容性与拓展性,充分满足本期及未来业务功能需求。

04

方案功能

1.人脸识别

通过采用“基于综合管理平台(本地化部署)+人脸识别”的软硬件组合方案解决工房定员监控需求,系统提供组织管理、人员管理、验证管理等功能。

系统通过人脸识别设备进行人脸识别,将数据导出到综合管控平台,需开放接口给综合管控平台调用数据做人数统计、告警等。系统支持设置不同班组的不同进入权限。

系统技术架构图如下所示:

2.车辆识别

部署车辆识别系统,与原系统数据打通,安装车辆出入车牌识别系统摄像机、补光设备及音响,在车辆两侧安装定制车牌,用于身份识别地面,规划车辆识别区,车辆经过停留1-2s,进行识别动作,根据车辆进出工房工作情况,显示屏与平台显示对应车辆数据。

3.综合管控平台

(1)数据可视化

定员信息监控大屏,该屏围绕人员定员信息以整体或局部的形式呈现定员情况,具体包含以下几点:

①整体情况一览(工房状态展示、人数和车辆统计、人员明细、车辆明细);

②工房状态管控,包含:生产中(人工操作中)、生产中(人员清场中)、未生产、原材料准备(人工操作中);

③人员进出记录实时查看;

④定员告警信息提示;

⑤定员告警信息分类统计;

⑥定员告警信息处置;

⑦敏感操作留存、统计与展示。

(2)工房管理

该模块用于维护工房基础数据主要功能包含:

①基础信息录入、维护:工房名称、责任部门、负责人、入场人员上限、作业时段(到点自动清场)等;

②进入人员授权配置,与用户信息关联,可批量授权进入用户;

③进入通道信息录入与监测设备配置(包括:接入摄像头、人脸识别及其他物联网设备),基于工房实际情况自定义配置通道数量及关联监测设备;

④已接入摄像头实时画面查看;

⑤定员告警信息标记及跳转处理;

⑥工房作业状态控制,生产中(人工操作中)、生产中(人员清场中)、未生产、原材料准备(人工操作中);

⑦工房整体状态信息展示,包含:工房基础信息、状态信息、入场人员信息、叉车信息和接入设备信息等。

⑧工房内人员或车辆进出记录查看。

(3)定员告警管理

该模块以工房为单位安全生产人员管理系统，基于边缘计算+视觉AI的定员监控系统解决方案,展示工房全量告警信息记录,主要功能包含:

①信息列表展示,以卡片列表展示简要告警信息,支持告警图片便捷查看;

②告警详情查看;

③告警事件处理,告警事件分为:超员告警、闯入告警、出场未扫脸等。

(4)设备管理

该模块主要用于与第三方平台对接物联网设备,具体包含:

①视频分析设备管理,具备视频分析设备CURD操作、算法查阅、运行状态检测和记录等,与视频AI分析子系统联动;

②网络摄像头管理,具备摄像头CURD操作和状态检测功能,具备摄像头实时状态检测和实时画面查看的功能,与摄像头后台管理系统联动;

③人脸识别设备管理,具备人脸识别设备CURD操作和状态检测功能,具备人脸库维护、检测等功能。与人脸识别子系统联动;

④LED屏管理,具备LED屏CURD操作和状态检测功能,具备消息推送功能;

⑤声光报警设备管理,具备声光报警设备CURD操作和状态检测功能,具备消息推送、配置等功能。

(5)系统管理

①用户管理,具备平台用户的CURD操作,并支持用户多身份模型;

②组织架构,具备复杂型组织机构管理、维护的能力(例如:公司、科研所、班组);

③菜单管理,具备菜单信息基础配置功能;

④权限管理,分级分权,支撑数据权限与业务权限共同管理;

⑤角色授权,可根据实际应用情况创建角色,对已创建的角色权限进行管控;

⑥数据字典,支撑系统维护人员对系统运行参数进行配置,如数据流、数据项、数据存储等。

05

方案价值

方案总体上通过“集团侧+企业侧+班组侧”三级管理架构进行部署,在满足自身安全生产管理需求的同时,将企业相关数据上传至集团侧集中管控平台。可集中部署一个平台,通过平台权限控制,实现分级管理。也可分层级部署多个平台,平台之间数据同步更新。

第一级为班组侧,在日常生产操作中,班组负责管理工房的人员安全和操作安全等,班组权限可以看到下辖的工房信息,并对不安全行为进行监督警告上报,守护安全生产第一道关卡,减少事故灾害的发生。

第二级为下属生产企业或科研所侧,下属生产企业或科研所负责对下辖班组进行管理,可以看到管辖班组的操作状态、人员数量、身份信息、车辆信息等,负责直接对接班组传递的生产和报警信息。

第三级为集团侧,集团负责对整个系统的平台的统一管控,拥有平台最大权限管理功能,可以看到每个科研所和班组工房的具体数据,实现对整个系统的最精细化管理手段的作用。

整体落地方案实现了“视频监控-智能识别-现场告警-统计分析”的全流程闭环管理。无需进行耗时、耗力的人工现场巡检,在一个平台解决监控、预警、告警、记录、数据分析等功能,节省人力、物力,提高管理效率。

方案以平台为基、数据为体、流程为相、服务为本的思路建设全感知、全融合、全智能的智能安全体系。以边缘智能分析及告警管理系统为基础,对数据进行采集、集成、融合,为客户搭建一套综合的智能管控平台。产品基于视频分析、物联网、大数据、AI等新技术,利用智能视频行为分析功能,能切实帮助企业快速发现生产作业过程的违章作业情况,以便及时确保安全作业,促进安全管理工作的常态化。使安全生产管理从传统的被动追溯转变为主动预防,实现精准、智慧、一体化安全管理体系,最终实现企业的降本增效。

06

落地方案

方柚科技(猿人行走)的基于边缘计算+视觉AI的定员监控系统解决方案已在军工企业多个分厂落地。全面整合各类生产区域、各主体的视频监控,呈现全局安全态势和告警事件,该方案建设的最终目的,通过打造AI+立体安全管理体系,实现“可视,可管,可控,可查”,提高企业安全生产智能管控能力,完善安全生产管理体系,筑牢企业安全生产新防线,形成真正的高价值解决方案,助力企业的智能化转型与数字经济升级,实现降本增效。