煤炭接卸智能化的創新實踐

李明濤 崔修強 羅京勝

摘要： 近幾年來，發電集團公司對電廠燃料管理提出了更高的管理要求，接卸智能化就成為一種必不可少的創新手段。通過人工智能、視頻融合，視頻識別等技術，采取實時數據與工作計劃自動推送、通過設備運行軌跡評價操作人員執行績效等方法，推進煤炭接卸智能化，有效做好風險防控、提高經營效益、提升管理效能、增強環保指數。對電廠燃料接卸流程的創新研究與應用，解決了燃料接卸流程傳統上單純依靠人員來進行監督的不足，提高了電廠燃料管理人員的工作效率，而現場的無人化監督和現場安全管控水平，同時節省了運行管理人員的成本，為發電企業提質增效打下了良好的基礎。

關鍵詞： 工業互聯網 視頻融合 智能識別 燃料智能化

中圖分類號： TM62 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0058-05

國家相繼出臺政策控制煤炭消費總量、節能減排、防治大氣污染等一系列重要舉措，對發電行業實行最嚴格的環境準入標準，強化污染物總量控制指標考核。煤炭是最主要的環境污染源之一，作為安全生產的基本保障、成本控制的關鍵因素、環保管控的重要抓手，煤炭接卸流程的作用尤為凸顯。更加科學有效的智能化管理，可以降低環境污染，提升工作效率。

青島發電有限公司有4 臺機組，年耗煤量三百余萬噸，燃料供應商多、煤種復雜。火車進廠后，計量、檢驗、卸車位置等數據繁雜，卸煤棧橋多項工作相互交叉重疊，造成了工作效率低下、煤種難以被細致分類，降低了摻配績效。2012 年公司自主開發的煤場數字化信息動態管理系統（以下簡稱信息系統），在入廠煤驗收、接卸的過程管控還未做到精準實時。雖然目前煤場的實時動態管理已經實現，但迫切需要通過煤炭接卸智能化的應用補齊短板，實現實時化、可視化、精細化、準確化的全方位管控，打通管理瓶頸，將金字塔的管理結構趨向扁平化、快捷化，實現管理提升的目的。

燃料成本占火電成本的70% 以上，對燃料管理深度挖潛可實現提質增效，這對企業效益影響巨大。由煤炭供應部門向生產部門提供煤源煤質價目表，生產通過摻配實驗向經營反饋所需煤源比例，提出采購建議，使生產經營協同降煤價促安全，可以達到提質增效的目的。公司設計煤種為晉中地區貧瘦煤，煤炭運輸依靠鐵路運力，煤炭接卸采用機械螺旋擠壓與人工清車底相結合的工作方式。由于涉及多崗位協作，人力資源調配不合理、工作響應不及時造成了大量的時間浪費和人力浪費，產生大量因接卸時間過長產生的鐵路延時費用，部分電廠年支出延時費過千萬。燃料接卸流程作為入廠第一道關口，作用尤為凸顯，必須通過更加科學有效的智能化管理，提升工作效率的同時降低時間成本，加強人力資源調配能力和安全管理能力［1-2］。

1 研究內容和方法

本文的研究內容有：燃料接卸流程的優化設計，從數據關聯、人力資源、便捷管理和安全管理4 個方面進行優化；建立接卸三維數字化模型；研發視頻融合及視頻內容識別，實時管控現場狀態；研究設備運行軌跡追蹤，實現接卸進度實時化；研發移動端，對煤炭接卸進行遠程管控和工作進度計時。通過上述內容的研究，實現燃煤接卸智能化管控功能。

以“數據互聯動態化、接卸進度實時化、績效管理隨身化、人力配置科學化”為核心，建立燃料接卸全過程智能化管控系統。通過工業互聯網技術，使軌道衡計量與礦別、車數、停放位置等數據調用組合自動匹配；通過超寬帶無線定位技術與無線電數據傳輸技術，追蹤采樣、卸車設備的運行時間、軌跡，減少時間浪費；通過視頻識別技術識別人工卸車投入人力、識別車門開閉、車廂清空狀態，監控卸車進度；通過手機App 的事前工作計劃通知、事中動態管控和事后生成報告，追溯評價工作績效，從而優化人力資源、提高廠內工作效率及質量，提高安全管控能力，督促鐵路及時取送車輛，降低延時費。

1.1 梳理燃料接卸過程，明確系統設計方向

理順業務流程（如圖1 所示），查找問題環節。公司首先通過梳理燃料接卸全過程流程，明晰系統應用的目標和改進方向。

通過流程分析，發現入廠煤驗收接卸環節較繁雜，問題也較多，主要表現在以下幾個方面。

1.1.1 數據關聯方面

車進廠后首先經過軌道衡稱重，記錄礦別、車數、停放位置等，這是下一步分類存放的數據基礎，但目前各項信息均為數據孤島，未進行關聯歸批。后續卸車使用的機械、人力數量、所用時間都沒有準確地進行列表統計，使延時費用核算缺乏有力依據。

1.1.2 人力資源方面

廠煤驗收接卸環節涉及多崗位配合，順序、交叉工作，協調組織停留在電話通知和現場等靠，造成時間和人力的浪費以及巨額延時費。人工卸車為外包工作，冬夏兩季耗煤量大，且北方冬季凍煤以及夏天雨季造成濕黏煤的情況增多，都會影響卸車效率；而春秋兩季則機組檢修耗煤量降低，相應進車量減少。人力數量的投入沒有合理的人力資源核算，導致人力不足或浪費［3］。

1.1.3 便捷管理方面

公司自主開發的煤場數字化信息系統是基于電腦終端運行的，功能模塊分類細致、數據翔實、查詢分析便捷，但與移動端的智能化程序相比，仍存在接收信息地點受限、查詢方式單一、無法即時獲取等弊端。

1.1.4 安全管理方面

在入廠煤接卸過程中，機械設備和人工清車底先后在同一車廂內工作，為保證各崗位的安全生產運行，既要保證機械設備和工人不能同時在同一車廂工作，又要保證工人按規定穿戴安全護具。車廂清理完畢后，若車門關閉不嚴或車幫留有余煤未及時發現，在火車高速交會時會存在巨大的安全隱患。在保障接卸期間及鐵路運輸的安全和正常運轉方面，以上安全檢查措施僅通過人工方式，可能會因疏漏而發生安全問題。

公司梳理后發現問題，使用5W2H 分析法，剖析問題原因、如何改善、從哪個環節著手、使用什么方法以及做什么。確定問題產生的根本原因是燃料專業自動化程度低和管理手段落后。公司決定和軟件開發公司合作，利用現代信息技術建立一套接卸智能系統，實現燃料接卸流程的智能化運行。以“四化”為改進方向，把開發方向主要放在四個落腳點上，即數據互聯動態化、接卸進度實時化、績效管理隨身化和人力配置科學化［4］。

1.2 建立三維數字化模型，實現接卸場景監控動態化

公司通過工業互聯網+動態監控，采取視頻識別技術對進入卸煤工位的車輛、采樣機、卸車機、卸車工人、車門開閉狀態、車輛清理情況等位置狀態進行實時掌控，通過數字孿生技術打造動態三維模型，實現接卸流程透明化、動態化、實時化。

1.2.1 卸煤棧橋三維建模，數字孿生現場實景

卸煤棧橋是入廠火車煤接卸的工作平臺（如圖2所示），全長400 m 分兩股道，每股28 個貨位，可同時接卸56節敞篷火車車廂。公司經過論證設計，投資300萬元將棧橋側立面封閉，既解決了揚塵污染問題，又降低了煤炭損耗。現場文明生產的環境改善了，為視頻系統全覆蓋提供了安裝條件。火車入廠首先經過軌道衡稱重后，停放在卸車站臺，值班員核對發貨單位和車數是否相符，并為實現分類存放記錄停放貨位。車頭離開后進行機械采樣驗收，機械與人工組合將煤卸入地煤溝暫存。地煤溝總容量1.5 萬t，可暫存4 列火車的煤量，由底部皮帶倒運到煤場或筒倉的指定位置［5］。

通過運用三維建模及數字孿生等技術，使用人工智能算法建立實時現場模型（如圖3 所示），形成數字孿生圖形，并利用動態模型結合虛擬貨位記錄燃料分類卸車位置，達到卸車礦別、車數的準確記錄，并對各煤種占比和卸煤區域使用率進行自動統計，將繁雜散亂的工作實時呈現，達到棧橋工作的實時掌控。

1.2.2 視頻融合及視頻內容識別，實時管控現場狀態

在棧橋區域多點設置攝像機，實現視頻畫面全覆蓋，通過視頻融合技術將多個視頻畫面拼接為一個完整的棧橋鳥瞰畫面（見圖4）。以此為數據基礎，通過智能識別視頻畫面中車門開閉狀態、車廂內是否有人、車廂內是否有煤以及現場工作人員是否佩戴安全帽、著裝是否規范等，共6 種狀態判斷卸車進度。

1.3 通過設備運行軌跡追蹤，實現接卸進度實時化

公司通過物聯網+精準遠程，使用UWB 超寬帶定位，以機械采樣機和螺旋卸車機為切入點，追蹤其設備行為，評價工作人員執行績效，確保執行工作量化可追溯、可評價。

1.3.1 使用無線超寬帶技術，實現設備行為追蹤

卸煤棧橋是狹長封閉空間，采樣機和螺旋卸車機共用軌道，在所有車廂上部移動工作。由于缺乏有效的管控手段，對火車到站后多長時間開始工作、工作過程有沒有無故中斷等影響工作效率的事情發生無從掌握，致使接卸效率降低，并增加了卸車時間，導致公司要向鐵路部門繳納高額的延時費用。接卸能力下降也會在耗煤高峰時段，造成煤炭庫存持續下降。公司通過無線定位技術，在棧橋每個立柱安裝定位電子標簽，并在設備上安裝讀取終端。讀取的位置信息將通過無線電臺載波被發送至網絡接收端傳入系統，監控設備的空間狀態。采樣器和卸車機通過設備跟蹤系統實時掌握設備位置和工作進度，監督工作過程是否高效［6］。

1.3.2 將設備動態上傳程控室，實現棧橋工作的實時監控

調研中發現，由于各班駕駛員工作技能和責任心不同，工作的執行績效存在明顯差異。系統可以通過對設備運行軌跡和對應時間段的工作進度進行記錄，利用對標工作原理，與之前入廠相近車數的高效完成時間/平均完成時間進行比對。通過視頻、三維動態圖監視設備運行情況，系統對工作延誤的時段用紅色軌跡標記工作區間并給出提示，班長或專工也可在遠端進行警示。通過獲取采樣機和卸車機的位置和運行軌跡等信息，管理人員能夠準確判斷工作進度，如設備全部回位是可以進行安全檢查并通知鐵路取空車廂的判定條件之一。

1.3.3 利用工作計劃與實際設備軌跡對照，實現人員操作評價

系統能夠根據車數自動生成接卸計劃，比較此次工作用時與計劃用時的差距，待工作結束生成評價報告。通過設備行為評判駕駛人的工作過程是否符合計劃要求，以及設備是否出現故障而影響接卸效率，公司可對人員和設備的績效按班進行打分排序。通過棧橋的設備操作，達到“下達—執行—監督記錄—反饋評價”的完整管控。

1.4 建立移動端的管理系統，對煤炭接卸進行遠程管控

公司以自主開發的信息系統作為數據基礎，開發移動端功能作為輔助管理的工具，將現場情況向移動端簡化發送。通過互聯網+移動終端，實現燃料接卸流程向精細化、智能化發展。

1.5 主動推送信息到移動端，實現工作進度自動計時

系統通過手機App 將接卸計劃和評價報告自動定向發送微信群。這提高了廠內工作效率及生產質量的同時，督促了鐵路方及時取送車輛，并合理計算延時費。通過實時查看采樣、機械卸車、人工卸車的圖示工作過程，工作進度會被自動計時記錄，而視頻畫面會跟隨自動切換推送，并將工作流程銜接展示。

信息傳遞能夠加強科學管理和實時監控，創新使用移動通信工具能有效地實現計劃，并做到全過程績效跟蹤，為實現燃料管理隨身化、閉環管理智能化提供了有力支撐。

1.6 利用機械人工配合，實現人力配置科學化

1.6.1 利用人員身份識別，優化人力資源調配

煤炭接卸是機械和人工相互配合（如圖5 所示），關鍵在節省人力的基礎上優化工作效率。特別是迎峰度夏和冬季供暖期間耗煤量明顯上升，入廠煤量也相應增加，如遇到冬寒潮期間恰逢保供集中發運，卸車效率問題就尤為凸顯。系統可以通過大數據，以單人卸車量為依據形成算法，計算人力數量。使用面部識別和進入工作區的軌跡跟蹤，通過單人單位時間卸車量指標優化人力配置。卸煤招標時可據此計算人力成本，也可根據供煤計劃給外包隊伍動態提出人力要求，通過優化人力資源降低人力成本。

現場總共6 臺螺旋卸車機，每班標配兩名卸車機司機，若需增加司機就要臨時調配。使用面部識別記錄卸煤工人進出現場的人員、數量和時間；使用人員無線標簽可動態確認人員位置和記錄軌跡核算工作量。計算出人工數量與卸車機數量最優組合，卸車人力可按計劃發運量進行增減，既能減少人工費用，又能保證卸車效率，從而減少延時費。

1.6.2 形成過程記錄報告，評價卸車工作績效

進車后，按照以下時間順序進行工作過程記錄：進車時間、礦別、車數、停車位置；機械采樣和卸車開始、進度及結束時間、設備回位時間。車廂清空后車門鎖閉和采樣器回位的兩個判斷條件可說明卸車工作全部完成，這時的卸車工作計時停止，而后續直至車頭拉走空車皮和下列車到來之間的時間都算入鐵路取送車時間。計劃時間按之前的卸車時間平均數預估，工作整體進度使用液位圖顯示。列出本周最短和最長用時，可用來分析原因。歷史數據使用圖表顯示卸車用時、單列車的卸車報告。具體報告內容如下：日期第幾列（如1 月30 日第一列）、礦別、車數、入廠時間、完成時間和總用時，明顯比計劃用時長的列出原因，即采樣、機械卸車和人工卸車3 項工作有某項用時明顯增長，就進一步分析是人為原因還是設備原因造成延誤，并分別形成績效評價和激勵措施。

2 效果驗證

目前，燃料接卸全過程智能化管控系統已經建立。以測試的某車為例，通過工業互聯網技術，實現了追蹤采樣、卸車設備的運行時間和軌跡的全面掌控，真正優化了人力資源，提高了安全管控能力，降低了延時費。從已測試的某余組人工化驗與智能化驗數據比對來看，通過多次試驗、調試和調整，煤質數據趨于穩定，系統運行取得了良好效果。

通過煤炭接卸智能化的創新應用，公司燃料管理水平得到有效提升。

（1）使用視頻監控數字孿生出動態三維模型，實現了卸煤棧橋繁雜工作的實時掌控，將之前需要聽匯報和跑現場也不能完全掌握的信息，變為可隨時查閱，達到實時化、可視化、便捷化的目標。自動識別車廂清空狀態、車門閉合和人員安全措施執行情況，提高了機械與人工交叉工作面的安全管理能力。

（2）使用超寬帶無線定位方式查看設備軌跡，可隨時糾偏，并對工作計劃完成情況進行量化評價，提升工作質量和效率。棧橋封閉減少了揚塵對環境造成的污染，并降低煤炭損耗。接卸時間從平均5 h 降到4 h。人工卸車人員數量進行了動態調整，從恒定42 人調整為30～42 人。

（3）燃煤接卸工作通過手機程序輔助，實現工作計劃、工作執行與完成情況實時通達，實現燃料接卸工作垂直管理隨身化、績效閉環智能化。在保證安全接卸的前提下，燃煤接卸效能提高了。

3 結語

綜上，本文對燃煤電廠燃料接卸流程的創新研究，為燃煤電廠的燃料智能化具體實現提供了一種現實的研究和應用方法。以“數據互聯動態化、接卸進度實時化、績效管理隨身化、人力配置科學化”為核心，建立燃料接卸全過程智能化管控系統。通過工業互聯網技術，使軌道衡計量與礦別、車數、停放位置等數據調用組合自動匹配。通過視頻識別技術識別人工卸車投入人力、車門開閉狀態、車廂清空狀態，監控卸車進度，實現了管理創新。雖然公司在燃煤接卸智能化取得了一定的成效，但是還未完全通過人工智能方式替代人工管理，對設備和人員的視頻識別率還有待進一步提高，這也是本課題未來重點研究的方向和目標之一。

參考文獻

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