煤炭接卸智能化的创新实践

李明涛 崔修强 罗京胜

摘要： 近几年来，发电集团公司对电厂燃料管理提出了更高的管理要求，接卸智能化就成为一种必不可少的创新手段。通过人工智能、视频融合，视频识别等技术，采取实时数据与工作计划自动推送、通过设备运行轨迹评价操作人员执行绩效等方法，推进煤炭接卸智能化，有效做好风险防控、提高经营效益、提升管理效能、增强环保指数。对电厂燃料接卸流程的创新研究与应用，解决了燃料接卸流程传统上单纯依靠人员来进行监督的不足，提高了电厂燃料管理人员的工作效率，而现场的无人化监督和现场安全管控水平，同时节省了运行管理人员的成本，为发电企业提质增效打下了良好的基础。

关键词： 工业互联网 视频融合 智能识别 燃料智能化

中图分类号： TM62 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2023）24-0058-05

国家相继出台政策控制煤炭消费总量、节能减排、防治大气污染等一系列重要举措，对发电行业实行最严格的环境准入标准，强化污染物总量控制指标考核。煤炭是最主要的环境污染源之一，作为安全生产的基本保障、成本控制的关键因素、环保管控的重要抓手，煤炭接卸流程的作用尤为凸显。更加科学有效的智能化管理，可以降低环境污染，提升工作效率。

青岛发电有限公司有4 台机组，年耗煤量三百余万吨，燃料供应商多、煤种复杂。火车进厂后，计量、检验、卸车位置等数据繁杂，卸煤栈桥多项工作相互交叉重叠，造成了工作效率低下、煤种难以被细致分类，降低了掺配绩效。2012 年公司自主开发的煤场数字化信息动态管理系统（以下简称信息系统），在入厂煤验收、接卸的过程管控还未做到精准实时。虽然目前煤场的实时动态管理已经实现，但迫切需要通过煤炭接卸智能化的应用补齐短板，实现实时化、可视化、精细化、准确化的全方位管控，打通管理瓶颈，将金字塔的管理结构趋向扁平化、快捷化，实现管理提升的目的。

燃料成本占火电成本的70% 以上，对燃料管理深度挖潜可实现提质增效，这对企业效益影响巨大。由煤炭供应部门向生产部门提供煤源煤质价目表，生产通过掺配实验向经营反馈所需煤源比例，提出采购建议，使生产经营协同降煤价促安全，可以达到提质增效的目的。公司设计煤种为晋中地区贫瘦煤，煤炭运输依靠铁路运力，煤炭接卸采用機械螺旋挤压与人工清车底相结合的工作方式。由于涉及多岗位协作，人力资源调配不合理、工作响应不及时造成了大量的时间浪费和人力浪费，产生大量因接卸时间过长产生的铁路延时费用，部分电厂年支出延时费过千万。燃料接卸流程作为入厂第一道关口，作用尤为凸显，必须通过更加科学有效的智能化管理，提升工作效率的同时降低时间成本，加强人力资源调配能力和安全管理能力［1-2］。

1 研究内容和方法

本文的研究内容有：燃料接卸流程的优化设计，从数据关联、人力资源、便捷管理和安全管理4 个方面进行优化；建立接卸三维数字化模型；研发视频融合及视频内容识别，实时管控现场状态；研究设备运行轨迹追踪，实现接卸进度实时化；研发移动端，对煤炭接卸进行远程管控和工作进度计时。通过上述内容的研究，实现燃煤接卸智能化管控功能。

以“数据互联动态化、接卸进度实时化、绩效管理随身化、人力配置科学化”为核心，建立燃料接卸全过程智能化管控系统。通过工业互联网技术，使轨道衡计量与矿别、车数、停放位置等数据调用组合自动匹配；通过超宽带无线定位技术与无线电数据传输技术，追踪采样、卸车设备的运行时间、轨迹，减少时间浪费；通过视频识别技术识别人工卸车投入人力、识别车门开闭、车厢清空状态，监控卸车进度；通过手机App 的事前工作计划通知、事中动态管控和事后生成报告，追溯评价工作绩效，从而优化人力资源、提高厂内工作效率及质量，提高安全管控能力，督促铁路及时取送车辆，降低延时费。

1.1 梳理燃料接卸过程，明确系统设计方向

理顺业务流程（如图1 所示），查找问题环节。公司首先通过梳理燃料接卸全过程流程，明晰系统应用的目标和改进方向。

通过流程分析，发现入厂煤验收接卸环节较繁杂，问题也较多，主要表现在以下几个方面。

1.1.1 数据关联方面

车进厂后首先经过轨道衡称重，记录矿别、车数、停放位置等，这是下一步分类存放的数据基础，但目前各项信息均为数据孤岛，未进行关联归批。后续卸车使用的机械、人力数量、所用时间都没有准确地进行列表统计，使延时费用核算缺乏有力依据。

1.1.2 人力资源方面

厂煤验收接卸环节涉及多岗位配合，顺序、交叉工作，协调组织停留在电话通知和现场等靠，造成时间和人力的浪费以及巨额延时费。人工卸车为外包工作，冬夏两季耗煤量大，且北方冬季冻煤以及夏天雨季造成湿黏煤的情况增多，都会影响卸车效率；而春秋两季则机组检修耗煤量降低，相应进车量减少。人力数量的投入没有合理的人力资源核算，导致人力不足或浪费［3］。

1.1.3 便捷管理方面

公司自主开发的煤场数字化信息系统是基于电脑终端运行的，功能模块分类细致、数据翔实、查询分析便捷，但与移动端的智能化程序相比，仍存在接收信息地点受限、查询方式单一、无法即时获取等弊端。

1.1.4 安全管理方面

在入厂煤接卸过程中，机械设备和人工清车底先后在同一车厢内工作，为保证各岗位的安全生产运行，既要保证机械设备和工人不能同时在同一车厢工作，又要保证工人按规定穿戴安全护具。车厢清理完毕后，若车门关闭不严或车帮留有余煤未及时发现，在火车高速交会时会存在巨大的安全隐患。在保障接卸期间及铁路运输的安全和正常运转方面，以上安全检查措施仅通过人工方式，可能会因疏漏而发生安全问题。

公司梳理后发现问题，使用5W2H 分析法，剖析问题原因、如何改善、从哪个环节着手、使用什么方法以及做什么。确定问题产生的根本原因是燃料专业自动化程度低和管理手段落后。公司决定和软件开发公司合作，利用现代信息技术建立一套接卸智能系统，实现燃料接卸流程的智能化运行。以“四化”为改进方向，把开发方向主要放在四个落脚点上，即数据互联动态化、接卸进度实时化、绩效管理随身化和人力配置科学化［4］。

1.2 建立三维数字化模型，实现接卸场景监控动态化

公司通过工业互联网+动态监控，采取视频识别技术对进入卸煤工位的车辆、采样机、卸车机、卸车工人、车门开闭状态、车辆清理情况等位置状态进行实时掌控，通过数字孪生技术打造动态三维模型，实现接卸流程透明化、动态化、实时化。

1.2.1 卸煤栈桥三维建模，数字孪生现场实景

卸煤栈桥是入厂火车煤接卸的工作平台（如图2所示），全长400 m 分两股道，每股28 个货位，可同时接卸56节敞篷火车车厢。公司经过论证设计，投资300万元将栈桥侧立面封闭，既解决了扬尘污染问题，又降低了煤炭损耗。现场文明生产的环境改善了，为视频系统全覆盖提供了安装条件。火车入厂首先经过轨道衡称重后，停放在卸车站台，值班员核对发货单位和车数是否相符，并为实现分类存放记录停放货位。车头离开后进行机械采样验收，机械与人工组合将煤卸入地煤沟暂存。地煤沟总容量1.5 万t，可暂存4 列火车的煤量，由底部皮带倒运到煤场或筒仓的指定位置［5］。

通过运用三维建模及数字孪生等技术，使用人工智能算法建立实时现场模型（如图3 所示），形成数字孪生图形，并利用动态模型结合虚拟货位记录燃料分类卸车位置，达到卸车矿别、车数的准确记录，并对各煤种占比和卸煤区域使用率进行自动统计，将繁杂散乱的工作实时呈现，达到栈桥工作的实时掌控。

1.2.2 视频融合及视频内容识别，实时管控现场状态

在栈桥区域多点设置摄像机，实现视频画面全覆盖，通过视频融合技术将多个视频画面拼接为一个完整的栈桥鸟瞰画面（见图4）。以此为数据基础，通过智能识别视频画面中车门开闭状态、车厢内是否有人、车厢内是否有煤以及现场工作人员是否佩戴安全帽、着装是否规范等，共6 种状态判断卸车进度。

1.3 通过设备运行轨迹追踪，实现接卸进度实时化

公司通过物联网+精准远程，使用UWB 超宽带定位，以机械采样机和螺旋卸车机为切入点，追踪其设备行为，评价工作人员执行绩效，确保执行工作量化可追溯、可评价。

1.3.1 使用无线超宽带技术，实现設备行为追踪

卸煤栈桥是狭长封闭空间，采样机和螺旋卸车机共用轨道，在所有车厢上部移动工作。由于缺乏有效的管控手段，对火车到站后多长时间开始工作、工作过程有没有无故中断等影响工作效率的事情发生无从掌握，致使接卸效率降低，并增加了卸车时间，导致公司要向铁路部门缴纳高额的延时费用。接卸能力下降也会在耗煤高峰时段，造成煤炭库存持续下降。公司通过无线定位技术，在栈桥每个立柱安装定位电子标签，并在设备上安装读取终端。读取的位置信息将通过无线电台载波被发送至网络接收端传入系统，监控设备的空间状态。采样器和卸车机通过设备跟踪系统实时掌握设备位置和工作进度，监督工作过程是否高效［6］。

1.3.2 将设备动态上传程控室，实现栈桥工作的实时监控

调研中发现，由于各班驾驶员工作技能和责任心不同，工作的执行绩效存在明显差异。系统可以通过对设备运行轨迹和对应时间段的工作进度进行记录，利用对标工作原理，与之前入厂相近车数的高效完成时间/平均完成时间进行比对。通过视频、三维动态图监视设备运行情况，系统对工作延误的时段用红色轨迹标记工作区间并给出提示，班长或专工也可在远端进行警示。通过获取采样机和卸车机的位置和运行轨迹等信息，管理人员能够准确判断工作进度，如设备全部回位是可以进行安全检查并通知铁路取空车厢的判定条件之一。

1.3.3 利用工作计划与实际设备轨迹对照，实现人员操作评价

系统能够根据车数自动生成接卸计划，比较此次工作用时与计划用时的差距，待工作结束生成评价报告。通过设备行为评判驾驶人的工作过程是否符合计划要求，以及设备是否出现故障而影响接卸效率，公司可对人员和设备的绩效按班进行打分排序。通过栈桥的设备操作，达到“下达—执行—监督记录—反馈评价”的完整管控。

1.4 建立移动端的管理系统，对煤炭接卸进行远程管控

公司以自主开发的信息系统作为数据基础，开发移动端功能作为辅助管理的工具，将现场情况向移动端简化发送。通过互联网+移动终端，实现燃料接卸流程向精细化、智能化发展。

1.5 主动推送信息到移动端，实现工作进度自动计时

系统通过手机App 将接卸计划和评价报告自动定向发送微信群。这提高了厂内工作效率及生产质量的同时，督促了铁路方及时取送车辆，并合理计算延时费。通过实时查看采样、机械卸车、人工卸车的图示工作过程，工作进度会被自动计时记录，而视频画面会跟随自动切换推送，并将工作流程衔接展示。

信息传递能够加强科学管理和实时监控，创新使用移动通信工具能有效地实现计划，并做到全过程绩效跟踪，为实现燃料管理随身化、闭环管理智能化提供了有力支撑。

1.6 利用机械人工配合，实现人力配置科学化

1.6.1 利用人员身份识别，优化人力资源调配

煤炭接卸是机械和人工相互配合（如图5 所示），关键在节省人力的基础上优化工作效率。特别是迎峰度夏和冬季供暖期间耗煤量明显上升，入厂煤量也相应增加，如遇到冬寒潮期间恰逢保供集中发运，卸车效率问题就尤为凸显。系统可以通过大数据，以单人卸车量为依据形成算法，计算人力数量。使用面部识别和进入工作区的轨迹跟踪，通过单人单位时间卸车量指标优化人力配置。卸煤招标时可据此计算人力成本，也可根据供煤计划给外包队伍动态提出人力要求，通过优化人力资源降低人力成本。

现场总共6 台螺旋卸车机，每班标配两名卸车机司机，若需增加司机就要临时调配。使用面部识别记录卸煤工人进出现场的人员、数量和时间；使用人员无线标签可动态确认人员位置和记录轨迹核算工作量。计算出人工数量与卸车机数量最优组合，卸车人力可按计划发运量进行增减，既能减少人工费用，又能保证卸车效率，从而减少延时费。

1.6.2 形成过程记录报告，评价卸车工作绩效

进车后，按照以下时间顺序进行工作过程记录：进车时间、矿别、车数、停车位置；机械采样和卸车开始、进度及结束时间、设备回位时间。车厢清空后车门锁闭和采样器回位的两个判断条件可说明卸车工作全部完成，这时的卸车工作计时停止，而后续直至车头拉走空车皮和下列车到来之间的时间都算入铁路取送车时间。计划时间按之前的卸车时间平均数预估，工作整体进度使用液位图显示。列出本周最短和最长用时，可用来分析原因。历史数据使用图表显示卸车用时、单列车的卸车报告。具体报告内容如下：日期第几列（如1 月30 日第一列）、矿别、车数、入厂时间、完成时间和总用时，明显比计划用时长的列出原因，即采样、机械卸车和人工卸车3 项工作有某项用時明显增长，就进一步分析是人为原因还是设备原因造成延误，并分别形成绩效评价和激励措施。

2 效果验证

目前，燃料接卸全过程智能化管控系统已经建立。以测试的某车为例，通过工业互联网技术，实现了追踪采样、卸车设备的运行时间和轨迹的全面掌控，真正优化了人力资源，提高了安全管控能力，降低了延时费。从已测试的某余组人工化验与智能化验数据比对来看，通过多次试验、调试和调整，煤质数据趋于稳定，系统运行取得了良好效果。

通过煤炭接卸智能化的创新应用，公司燃料管理水平得到有效提升。

（1）使用视频监控数字孪生出动态三维模型，实现了卸煤栈桥繁杂工作的实时掌控，将之前需要听汇报和跑现场也不能完全掌握的信息，变为可随时查阅，达到实时化、可视化、便捷化的目标。自动识别车厢清空状态、车门闭合和人员安全措施执行情况，提高了机械与人工交叉工作面的安全管理能力。

（2）使用超宽带无线定位方式查看设备轨迹，可随时纠偏，并对工作计划完成情况进行量化评价，提升工作质量和效率。栈桥封闭减少了扬尘对环境造成的污染，并降低煤炭损耗。接卸时间从平均5 h 降到4 h。人工卸车人员数量进行了动态调整，从恒定42 人调整为30～42 人。

（3）燃煤接卸工作通过手机程序辅助，实现工作计划、工作执行与完成情况实时通达，实现燃料接卸工作垂直管理随身化、绩效闭环智能化。在保证安全接卸的前提下，燃煤接卸效能提高了。

3 结语

综上，本文对燃煤电厂燃料接卸流程的创新研究，为燃煤电厂的燃料智能化具体实现提供了一种现实的研究和应用方法。以“数据互联动态化、接卸进度实时化、绩效管理随身化、人力配置科学化”为核心，建立燃料接卸全过程智能化管控系统。通过工业互联网技术，使轨道衡计量与矿别、车数、停放位置等数据调用组合自动匹配。通过视频识别技术识别人工卸车投入人力、车门开闭状态、车厢清空状态，监控卸车进度，实现了管理创新。虽然公司在燃煤接卸智能化取得了一定的成效，但是还未完全通过人工智能方式替代人工管理，对设备和人员的视频识别率还有待进一步提高，这也是本课题未来重点研究的方向和目标之一。

参考文献

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[3] 王铮. 发电厂的燃料采制智能化管理分析[J]. 集成电路应用，2022，39（11）：288-290.

[4] 耿泽鹏. 基于精细化管理理论的Z 电厂燃料部生产管理研究[D]. 银川：宁夏大学，2023.

[5] 马晨晨.L 电厂风险管理研究[D]. 济南：山东大学，2023.

[6] 常锐，吴宝杨，张立强，等. 火电企业燃料智能化信息安全等级保护建设[J]. 煤质技术， 2023， 38（5）： 65-71，83.