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《工矿自动化》2020年度优秀论文

来源：工矿自动化

《工矿自动化》编辑部综合考虑论文的创新性（审稿专家评审意见）、规范性（责任编辑推荐）和读者关注度（中国知网被引频次和下载量），从2020年度发表的234篇论文中评选出30篇优秀论文。

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102位

专家

30篇

论文

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  • 面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

    作者(Author)： 张帆, 李闯, 李昊, 刘毅

    摘要：将数字孪生与人工智能（AI）技术相结合，提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径，研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势，指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构，构建了矿山数字孪生模型，模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层，据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发，探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用，为人工智能技术在智能矿山应用落地提供思路，为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。
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    工矿自动化
    2020年第05期
    622
    390
  • 人工智能技术在矿山智能化建设中的应用初探

    作者(Author)： 马小平, 杨雪苗, 胡延军, 缪燕子

    摘要：介绍了人工智能技术的相关概念、发展概述及其在煤炭行业发展中的应用，指出目前人工智能技术在矿山应用只是点状结合和浅度结合，没有实现人工智能技术和矿山某个生产或管理系统层面的深度融合。概述了智能矿山的发展历程，指出智能矿山是人工智能技术、大数据技术、物联网技术和矿山实体的深度融合体，利用智能通信、智能控制和智能计算技术实现数字化矿山的计算、处理，构建数字孪生矿山，通过数字孪生矿山和物理矿山的智能交互演化，达到对煤矿安全、高效、绿色的生产控制。构建了将人工智能技术和矿山深度融合的包括设备层、智能层、应用层的智能矿山三层构架：应用层处于智能矿山的最高层，其中的数字孪生矿山子层相当于“数字大脑”，实现矿山最高层次的智能控制；智能层中的智能体要求子系统不仅仅是应用人工智能技术处理子系统所产生的数据，而是从架构上就要将智能计算、智能通信、智能控制融为一体。展望了智能矿山建设的发展趋势：智能化矿山需要加强人工智能技术和矿山融合度的深入研究，将现有的基于人工智能的故障检测、诊断及超前干预技术应用到机器人系统中，智能计算、智能通信、智能控制融合的巡检机器人将是最早能推广的井下智能体之一；智能化矿山需要进一步加强复杂巨系统建模技术的研究，只有建立了矿山的复杂巨系统模型，才能实现采矿活动和环境的协同互动，实现采煤活动的精准控制，复杂巨系统模型的缺乏将是未来智能矿山建设亟需解决的问题。
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    工矿自动化
    2020年第05期
    810
    536
  • 矿用5G频段选择及天线优化设置研究

    作者(Author)： 孙继平, 张高敏

    摘要：矿井无线通信和矿用5G移动通信技术是煤矿智能化关键技术之一。为提高煤矿井下无线传输距离、绕射能力及无线通信系统的稳定性和可靠性，减少基站用量、组网成本和维护工作量，研究了矿用5G工作频段和基站天线位置对无线传输损耗和传输距离的影响。主要结论如下：① 煤矿井下无线发射功率受本质安全防爆限制，接收灵敏度受电磁噪声限制，天线增益受本质安全防爆和巷道空间限制。在煤矿井下无线发射功率、接收灵敏度、天线增益受限的情况下，应通过优选无线工作频段和优化天线设置位置，提高矿井无线传输距离和绕射能力，提高系统稳定性和可靠性，减少基站用量、组网成本和维护工作量。② 矿用5G工作频段应优选700 MHz。煤矿井下700 MHz频段与现有5G其他工作频段2.6，3.5，4.9 GHz相比，具有无线传输损耗小、无线传输距离远、绕射能力强、基站用量少、组网成本低和维护工作量小等优点。③ 提出的传输损耗/位置变化率分析方法便于分析巷道横向不同区域位置变化引起的无线传输损耗变化情况。④ 无线基站天线应靠近巷帮设置，距巷帮不小于0.01 m，垂向位于巷道高度约2/5处。这样既不影响行人和行车、便于安装维护，也可以满足无线传输损耗较小、无线传输距离较远的要求。⑤ 矿用手机、人员定位卡、便携式无线甲烷检测报警仪、多功能无线矿灯、便携式无线摄像机、便携式无线仪器设备、可穿戴无线设备、车辆定位卡、车载无线设备、无线摄像机、无线传感器、物联网设备等无线终端，在不影响使用的条件下应尽量靠近巷道中心，以提高无线传输距离。
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    工矿自动化
    2020年第05期
    1177
    1628
  • 煤矿智采工作面概念及系统架构研究

    作者(Author)： 葛世荣

    摘要：基于时间维度梳理了智能化采矿概念，提出智采工作面定义——一个在不同程度上无需人工干预而独立完成采煤作业的生产系统，指出智采工作面的基础是智能机器，其特征是自主感控，功能是独立作业，目的是无人化开采。明确了智采工作面应具有自主感知、自主决策、自主控制、自主协同、自主交互等5个智能要素。根据这些智能要素的水平差异，将智采工作面划分为初级、中级和高级，其发展与自动化、信息化、互联化工作面建设相衔接，是一个渐进提升的过程：预计到2025年左右，我国重点煤矿将实现初级智能化采煤作业；到2035年进入中级智能化，智采工作面具有自主感知、自主调控能力，在条件较好的一些煤矿基本实现无人化采煤作业；2045年左右，我国煤矿将建成高级智采工作面，实现工作面无人化开采。为此，构建了智采工作面评价指标体系，介绍了定性的蛛网图评价法和定量的层次分析评价法。为了提高智采工作面建设系统性，建立了智采工作面耦合关联模型，提出采煤工艺、设备和煤流的3个智能闭环，以提高采煤与煤层、支护与岩层、运输与割煤的自适应性；提出一个涵盖功能维、技术维和组织维的智采工作面体系架构，为智采工作面实现跨机群、跨平台的纵向和横向集成，形成协同与共治的智能开采生态提供模型化基础。
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    工矿自动化
    2020年第04期
    2299
    740
  • 基于图像识别的带式输送机输煤量和跑偏检测方法

    作者(Author)： 韩涛, 黄友锐, 张立志, 徐善永, 许家昌, 鲍士水

    摘要：传统的卷积神经网络（CNN）是单任务网络，为实现带式输送机输煤量和跑偏的同时检测，使用2个卷积神经网络分别对输煤量和跑偏进行检测，导致网络体积大、参数多、计算量大、运行时间长，严重影响检测性能。为降低网络结构的复杂性，提出了一种基于多任务卷积神经网络（MT-CNN）的带式输送机输煤量和跑偏检测方法，可使输煤量检测和跑偏检测这2个任务共享同一个网络底层结构和参数。在VGGNet模型的基础上，增大卷积核和池化核的尺度，减少全连接层通道数量，改变输出层结构，构建了MT-CNN；对采集的输送带图像进行灰度化、中值滤波和提取感兴趣区域等预处理后，获取训练数据集和测试数据集，并对MT-CNN进行训练；使用训练好的MT-CNN对输送带图像进行识别分类，实现输煤量和跑偏的准确、快速检测。实验结果表明，训练后的MT-CNN在测试数据集中检测准确率为97.3%，平均处理每张图像的时间约为23.1 ms。通过现场实际运行验证了该方法的有效性。
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    工矿自动化
    2020年第04期
    457
    330
  • 一种带式输送机故障诊断方法

    作者(Author)： 张喆, 陶云春, 梁睿, 迟鹏

    摘要：针对传统浅层神经网络用于带式输送机故障诊断时存在故障状态样本数据不足、准确率不高等问题，提出了一种基于合成少数类过采样技术（SMOTE）和深度置信网络（DBN）的带式输送机故障诊断方法。该方法利用SMOTE生成带式输送机故障状态样本数据，克服样本数据分布不平衡现象；将样本数据输入DBN，利用无监督逐层训练方式提取数据中的故障特征，并通过有监督微调来优化故障诊断能力，实现带式输送机故障精确诊断。仿真结果表明，该方法提高了带式输送机故障诊断准确率。
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    工矿自动化
    2020年第04期
    334
    230
  • 5G通信技术及其在煤矿的应用构想

    作者(Author)： 霍振龙, 张袁浩

    摘要：近年来我国煤矿无线通信系统首选WiFi和4G通信技术，随着煤矿智能化建设的发展，现阶段煤矿无线通信系统的性能已无法满足煤矿智能化发展的各项需求。对比前几代移动通信技术，阐述了第五代移动通信技术（5G）关键技术及其性能优势；给出了矿用5G无线通信系统的组成及组网方式；结合5G通信技术特点和煤矿智能化发展需求，提出了5G通信技术在煤矿的应用场景，如井下无人驾驶及智能运输、全矿井位置服务、设备远程操控、故障远程诊断、大宽带业务数据传输、煤矿机器人云端控制、全矿井安全监测信息采集、虚拟现实/增强现实矿山等；指出针对煤炭行业的5G技术应用场景还需不断挖掘和完善，且由于5G网络对承载网要求较高，煤矿应预估部署成本，结合自身发展状况和需求搭建矿井5G通信网络。
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    工矿自动化
    2020年第03期
    2851
    858
  • 基于嵌入式软PLC的掘进机控制系统设计

    作者(Author)： 朱伟, 王虹, 李首滨, 赵文生

    摘要：针对现有以普通PLC和专用控制器为核心的煤矿掘进机控制系统存在开发成本高、维护量大、跨平台移植难等问题，设计了一种基于嵌入式软PLC技术的掘进机控制系统，分析了系统的功能需求和实现原理，提出了以嵌入式软PLC为核心的控制系统架构。该系统通过实时操作系统的定制、软PLC运行时系统的移植及驱动组件的开发，实现了掘进机基本逻辑控制、全功能遥控和自动截割功能，可对掘进机状态进行实时监测，通过遥控器实现全功能远程遥控，通过设定断面形状、路径类型、巷道高度、巷道宽度和截割间距等参数实现巷道断面的自动截割成形等。相比于以PLC和专用控制器为核心的控制系统，采用嵌入式软PLC的掘进机控制系统可更好实现掘进机装备的标准统一和系统的组态开发，跨平台移植性好。测试结果证明该系统基本控制功能和遥控操作性能良好，自动截割断面边界最大误差小于10 cm。
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    工矿自动化
    2020年第02期
    347
    186
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