錦界煤礦變電所智能安防監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

[摘 ?要]本文著重介紹了錦界煤礦中央二號(hào)變電所采用信息化手段采取的安全管理措施，通過(guò)安裝在變電所變配電設(shè)備周?chē)闹悄軘z像頭和傳感器，對(duì)供電設(shè)備環(huán)境進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，同時(shí)變電站作為電力系統(tǒng)重要的安全生產(chǎn)場(chǎng)所，作業(yè)人員必須在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)工作而不能擅自超越工作范圍，我們應(yīng)用了智能門(mén)禁防闖入系統(tǒng)加強(qiáng)了變電所的安全運(yùn)行。

[關(guān)鍵詞]安防監(jiān)控;門(mén)禁系統(tǒng);智能攝像儀;無(wú)人值守

中圖分類(lèi)號(hào)：X936 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）23-0396-03

1 前言

隨著數(shù)字化礦山的要求和發(fā)展，全國(guó)各煤炭企業(yè)都致力于提高煤礦的信息化和自動(dòng)化水平，但井下變電所，水泵房等重要場(chǎng)所，依然采用的是普通的機(jī)械鎖，存在巨大的安全隱患，一旦非工作人員非法進(jìn)入，對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行誤操作，將造成無(wú)法彌補(bǔ)的損失。另外井下變電所電氣設(shè)備的缺陷檢修或設(shè)備的常規(guī)檢查等定性狀態(tài)信息采用手工記錄，常會(huì)出現(xiàn)記錄不完整，容易丟失等情況，特別是一些嚴(yán)重缺陷未能及時(shí)上報(bào)和處理，從而可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故，造成不必要的損失。

在煤礦供電系統(tǒng)中，由于電能輸送、分配和使用的連續(xù)性，對(duì)系統(tǒng)中各設(shè)備單元的安全、可靠運(yùn)行都有很高的要求。因此，提升變電所安防系統(tǒng)的信息化管理至關(guān)重要，實(shí)現(xiàn)礦井變電所的電氣設(shè)備的自動(dòng)巡檢和門(mén)禁系統(tǒng)的智能管理，可以大大提高礦井的供電安全、設(shè)備的高效管理，這對(duì)煤礦的高產(chǎn)高效起到舉足輕重的作用。

2 變電所智能軌道巡檢系統(tǒng)

錦界煤礦中央2號(hào)變電所內(nèi)共有高壓開(kāi)關(guān)柜85臺(tái)，主要負(fù)責(zé)礦井二、四盤(pán)區(qū)的通風(fēng)、排水、生產(chǎn)供電，變電所內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備硬件有什么問(wèn)題，或按鈕實(shí)際位置狀態(tài)，調(diào)度室不能遠(yuǎn)程準(zhǔn)確查看，通知井下檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)查看費(fèi)時(shí)費(fèi)力，為解決這一問(wèn)題，錦界礦在井下中央2號(hào)電所內(nèi)設(shè)計(jì)安裝了一套智能軌道式巡檢機(jī)器人，在地面調(diào)度室可遠(yuǎn)程移動(dòng)操作監(jiān)控?cái)z像機(jī)，實(shí)時(shí)查看每臺(tái)高壓柜的現(xiàn)場(chǎng)顯示狀態(tài)及完好情況，同時(shí)該智能監(jiān)控系統(tǒng)還具有當(dāng)某臺(tái)開(kāi)關(guān)柜有報(bào)警或故障時(shí)，監(jiān)控?cái)z像機(jī)會(huì)自動(dòng)移動(dòng)至指定高壓柜前方，方便人員遠(yuǎn)程查看。

2.1 系統(tǒng)組成及功能

該智能軌道巡檢機(jī)器人具有自動(dòng)巡檢功能，通過(guò)簡(jiǎn)單設(shè)置，對(duì)區(qū)域內(nèi)設(shè)備自動(dòng)巡檢，巡檢機(jī)器人可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成對(duì)目標(biāo)設(shè)備的巡檢功能。將智能巡檢機(jī)器人控制中心接入調(diào)度控制系統(tǒng)中，當(dāng)高壓柜進(jìn)行分合閘操作時(shí)，智能巡檢機(jī)器人會(huì)自動(dòng)移動(dòng)到當(dāng)前需要操作的高壓柜處，可遠(yuǎn)程近距離的監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)操作執(zhí)行情況。調(diào)度室也可根據(jù)需求，手動(dòng)遠(yuǎn)程調(diào)整巡檢機(jī)器人的位置，視頻視角360°可調(diào)，并具有放大、縮小、調(diào)焦、調(diào)光、左行、右行、抓拍等功能。智能軌道式巡檢機(jī)器人由控制中心、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、軌道總成組成，通過(guò)掛載高清攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)視頻采集、巡檢功能，系統(tǒng)支持TCP/IP協(xié)議或RS485協(xié)議控制運(yùn)行，設(shè)備具有在線(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能。

（1）軌道監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)：采用集中管理、分層控制的系統(tǒng)架構(gòu)，分為監(jiān)控中心端、管理服務(wù)器和變電站端三層，變電站端由攝像機(jī)、報(bào)警控制器、視頻處理單元等信號(hào)采集設(shè)備組成， 管理服務(wù)器對(duì)各變電站端的視頻處理單元進(jìn)行集中管控，為監(jiān)控中心提供對(duì)視頻處理單元尋址功能，向視頻處理單元轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控中心的控制命令，并完成對(duì)系統(tǒng)用戶(hù)管理和記錄日志等，監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站和網(wǎng)上終端用戶(hù)組成。

（2）軌道巡航系統(tǒng)及視頻服務(wù)器等硬件設(shè)施：軌道巡航系統(tǒng)包括軌道、可移動(dòng)小車(chē)、固定架、控制自檢系統(tǒng)、動(dòng)力傳感系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。首先安裝固定架，將軌道與滑觸線(xiàn)平行安裝在固定架上，將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、動(dòng)力傳感系統(tǒng)、控制自檢系統(tǒng)安裝在可移動(dòng)小車(chē)上，可移動(dòng)小車(chē)安裝在軌道上，通過(guò)皮帶連接可移動(dòng)小車(chē)，點(diǎn)位自檢裝置分別安裝在軌道的兩端與動(dòng)力傳感系統(tǒng)電信號(hào)連接，從功能上分為不定向巡航、控制自檢、承載動(dòng)力等幾個(gè)部分。視頻處理單元是變電站端的核心設(shè)備，應(yīng)用專(zhuān)業(yè)品牌視頻服務(wù)器，完成站內(nèi)所有音視頻信號(hào)及環(huán)境信息等控制器信息的解編碼、轉(zhuǎn)換處理、存儲(chǔ)和上傳等功能。

（3）智能巡檢系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)：利用系統(tǒng)高度模塊化、信息化特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)與變電所內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，當(dāng)變電所內(nèi)某臺(tái)配電柜發(fā)生繼電保護(hù)動(dòng)作、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)變位等事件時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送控制命令至移動(dòng)小車(chē)及攝像機(jī)，移動(dòng)小車(chē)根據(jù)控制命令迅速移動(dòng)至軌道的指定位置，并進(jìn)行視頻信號(hào)采集、傳輸與存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用情況

通過(guò)應(yīng)用變電所智能軌道巡檢系統(tǒng)，有效解決了無(wú)人值守變電所內(nèi)設(shè)備多、高壓設(shè)備對(duì)巡檢人員存在安全隱患，以及時(shí)間較長(zhǎng)后巡檢人員可能存在惰性，導(dǎo)致巡檢工作疏忽等問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并報(bào)警，提高了調(diào)度人員對(duì)數(shù)字化變電站的遙視監(jiān)控能力，縮短了變電設(shè)備的故障發(fā)現(xiàn)時(shí)間與缺陷排除的時(shí)間，進(jìn)一步確保了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前該智能軌道式巡檢機(jī)器人在錦界礦中央二號(hào)變電所內(nèi)運(yùn)行正常，在運(yùn)行過(guò)程中可實(shí)時(shí)將設(shè)備運(yùn)行情況和保護(hù)器顯示的故障原因上傳至智能控制中心，為地面操作人員遠(yuǎn)程快速處理故障提供了依據(jù)。同時(shí)在員工停送電操作時(shí)，可遠(yuǎn)程近距離的監(jiān)督現(xiàn)場(chǎng)操作情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)糾正，確保員工規(guī)范操作。

3 無(wú)人值守變電所門(mén)禁管理系統(tǒng)

門(mén)禁控制系統(tǒng)作為一種出入口監(jiān)控管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控各通道的情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)各通道的人員進(jìn)出管理，限制未授權(quán)的人員進(jìn)入特定區(qū)域。井下無(wú)人值守變電所門(mén)禁管理系統(tǒng)采用全新的設(shè)計(jì)思路，在門(mén)體設(shè)計(jì)方面，改變了傳統(tǒng)的礦用門(mén)的樣式，使門(mén)體結(jié)構(gòu)更加結(jié)實(shí)，外觀更加漂亮，在防火、通風(fēng)、防塵方面效果更加明顯;在門(mén)禁系統(tǒng)方面，采用類(lèi)似樓宇小區(qū)的門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，刷卡開(kāi)門(mén)，延時(shí)一段時(shí)間后自動(dòng)閉鎖，可遠(yuǎn)程遙控開(kāi)門(mén)。為保證系統(tǒng)的安全性，讀卡器、開(kāi)門(mén)按鈕、電磁鎖等配件全部集成在礦用門(mén)上，電氣線(xiàn)纜都在門(mén)體內(nèi)部，使變電所門(mén)整體結(jié)構(gòu)整潔美觀，可以防止變電所從外部進(jìn)行破壞。

3.1 系統(tǒng)組成

智能門(mén)禁系統(tǒng)由礦用本安型澆封電源為門(mén)禁控制分站提供本安電源，電磁鎖、開(kāi)門(mén)按鈕和讀卡器全部集成在新型礦用門(mén)上，由門(mén)禁控制分站控制。門(mén)禁控制分站的數(shù)據(jù)通過(guò)井下交換機(jī)接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，最終上傳到調(diào)度室的上位機(jī)中，通過(guò)智能門(mén)禁系統(tǒng)管理軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)井下門(mén)禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)顯示。

3.2 系統(tǒng)通訊

智能門(mén)禁系統(tǒng)通訊示意圖如圖2所示，門(mén)禁控制分站分別為讀卡器、電磁鎖供電，并與讀卡器、按鈕開(kāi)關(guān)和電磁鎖之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。門(mén)禁控制分站讀取讀卡器的刷卡信息并存儲(chǔ)，當(dāng)刷卡時(shí)，門(mén)禁控制分站控制礦用門(mén)開(kāi)啟。電磁鎖為門(mén)禁控制分站提供門(mén)狀態(tài)信號(hào)，門(mén)禁控制分站通過(guò)門(mén)狀態(tài)信號(hào)判斷門(mén)的開(kāi)、閉狀態(tài)。按鈕開(kāi)關(guān)為門(mén)禁控制分站提供開(kāi)關(guān)量信號(hào)，按下按鈕時(shí)，門(mén)禁控制分站控制礦用門(mén)打開(kāi)。

門(mén)禁控制分站與環(huán)網(wǎng)交換機(jī)通訊采用TCP/IP通訊或者485通訊方式，當(dāng)門(mén)禁控制分站距離環(huán)網(wǎng)交換機(jī)近時(shí)采用TCP/IP通訊方式，門(mén)禁控制門(mén)站通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，當(dāng)通訊距離遠(yuǎn)時(shí)，采用485通訊方式，末端通過(guò)485轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊轉(zhuǎn)成網(wǎng)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。門(mén)禁系統(tǒng)也可單機(jī)使用，即不需要聯(lián)網(wǎng)就可以實(shí)現(xiàn)本地刷卡開(kāi)門(mén)，實(shí)現(xiàn)本地控制，并可以記錄24萬(wàn)條刷卡記錄，當(dāng)數(shù)據(jù)超出后，新數(shù)據(jù)將自動(dòng)覆蓋舊數(shù)據(jù)。

以上通訊電路針對(duì)煤礦井下的工作環(huán)境，均設(shè)采用了抗干擾電路設(shè)計(jì)，可有效降低煤礦井下環(huán)境對(duì)通訊傳輸?shù)挠绊懀ＷC傳輸?shù)木嚯x。

3.3 系統(tǒng)工作原理

工作人員在門(mén)外刷卡，讀卡器用來(lái)讀取工作人員的智能卡信息，再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送到門(mén)禁控制分站中，分站根據(jù)接收到的卡號(hào)，通過(guò)程序判斷該持卡人是否有授權(quán)在此時(shí)間段可進(jìn)入門(mén)內(nèi)，若刷卡人員有權(quán)限進(jìn)入，門(mén)禁控制分站控制電磁鎖開(kāi)啟，工作人員可進(jìn)入門(mén)內(nèi)，門(mén)扇關(guān)閉后若干秒后（可設(shè)置），門(mén)禁控制分站控制電磁鎖自動(dòng)吸合，鎖緊礦用門(mén)。若工作人員無(wú)權(quán)限，則刷卡無(wú)效，讀卡器報(bào)警，以示門(mén)卡無(wú)效。工作人員在門(mén)內(nèi)時(shí)，按下出門(mén)按鈕可，門(mén)禁控制器控制電磁鎖開(kāi)啟，工作人員可直接出門(mén)，若干秒后，門(mén)禁控制分站控制電磁鎖自動(dòng)吸合。

對(duì)于聯(lián)網(wǎng)型門(mén)禁系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)門(mén)禁控制分站與上位機(jī)通訊，上位機(jī)可下發(fā)控制命令控制分站開(kāi)啟被控門(mén)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。上位機(jī)也可以向門(mén)禁控制分站下發(fā)刷卡人授權(quán)信息設(shè)置刷卡人權(quán)限。門(mén)禁控制分站可以將采集到的刷卡信息、門(mén)的開(kāi)閉狀態(tài)信息、按鈕開(kāi)關(guān)信息等數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)，在上位機(jī)軟件可實(shí)時(shí)顯示和查詢(xún)這些歷史信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下門(mén)禁系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。單個(gè)控制分站就可以組成一個(gè)簡(jiǎn)單的門(mén)禁系統(tǒng)，用來(lái)管理一個(gè)或兩個(gè)門(mén)。多個(gè)控制分站通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)同計(jì)算機(jī)連接起來(lái)就組成了整個(gè)礦山企業(yè)的門(mén)禁管理系統(tǒng)。

3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

煤礦井下一卡通門(mén)禁系統(tǒng)采用新型礦用門(mén)設(shè)計(jì)，在防塵、防火等方面做了特殊的設(shè)計(jì)，并且將讀卡器和電磁鎖等配件全部鑲嵌在門(mén)扇上，走線(xiàn)也全部從門(mén)扇和門(mén)框內(nèi)走，在變電所外面完全看不到接線(xiàn)，不僅結(jié)實(shí)美觀，更增加了礦用門(mén)的安全性。新型礦用門(mén)的門(mén)框和門(mén)扇摒棄了傳統(tǒng)的角鋼結(jié)構(gòu)，骨架采用鋼管的形式，相比之下，新型礦用門(mén)結(jié)構(gòu)更加結(jié)實(shí)，樣式更為美觀。小門(mén)扇與大門(mén)扇之間設(shè)有石棉密封條，耐高溫，關(guān)閉后密封嚴(yán)實(shí)，防火、防塵俱佳。

讀卡器和按鈕開(kāi)關(guān)安裝在左側(cè)門(mén)扇上，如圖7所示，其走線(xiàn)全部在門(mén)扇內(nèi)部，讀卡器安裝在門(mén)的外側(cè)，按鈕開(kāi)關(guān)安裝在門(mén)的內(nèi)側(cè)，在門(mén)外刷卡開(kāi)門(mén)，在門(mén)內(nèi)按按鈕開(kāi)門(mén)。

電磁鎖由鎖體和銜鐵兩部分組成，電磁鎖鎖體嵌在門(mén)扇的壓條內(nèi)，銜鐵嵌在右側(cè)門(mén)扇邊緣，當(dāng)電磁鎖鎖體通電時(shí)產(chǎn)生吸力，當(dāng)門(mén)扇關(guān)閉時(shí)，鎖體吸合銜鐵，形成門(mén)的閉鎖。

小門(mén)扇為通風(fēng)窗，門(mén)扇內(nèi)側(cè)為通風(fēng)鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)采用兩層設(shè)計(jì)，中間夾有防塵棉，可有效防止外部灰塵進(jìn)入變電所內(nèi)部，保護(hù)了變電所的干凈整潔。鋼網(wǎng)上側(cè)采用壓片設(shè)計(jì)，松開(kāi)壓片，可將防塵棉取出進(jìn)行更換和清洗。門(mén)框底側(cè)固定在下側(cè)的防水石門(mén)檻上，底側(cè)門(mén)框與兩側(cè)門(mén)框連接采用可拆卸設(shè)計(jì)，當(dāng)變電所需要進(jìn)大型設(shè)備需要破壞防水石門(mén)檻時(shí)，底側(cè)門(mén)框可拆下，從而不破壞門(mén)的結(jié)構(gòu)。

門(mén)禁系統(tǒng)走線(xiàn)如圖8所示，在門(mén)扇內(nèi)側(cè)讀卡器、開(kāi)門(mén)按鈕和電磁鎖旁邊內(nèi)嵌入接線(xiàn)盒，方便接線(xiàn)和檢修，引線(xiàn)從接線(xiàn)盒出來(lái)，從門(mén)扇的方管內(nèi)引至門(mén)框上方，引入室內(nèi)。室內(nèi)也設(shè)有接線(xiàn)盒，方便與控制分站接線(xiàn)與檢修。變電所外側(cè)看不到任何接線(xiàn)，此種設(shè)計(jì)可以防止蓄意破壞，保證變電所的安全。

3.5 門(mén)禁一卡通技術(shù)實(shí)現(xiàn)

一卡通系統(tǒng)最根本的需求是“信息共享、集中控制”，因此一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不應(yīng)是各單個(gè)功能的簡(jiǎn)單組合，而是從統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)一的身份認(rèn)證體系、數(shù)據(jù)傳輸安全、各類(lèi)管理系統(tǒng)接口、異常處理等軟件總體設(shè)計(jì)思路的技術(shù)實(shí)現(xiàn)考慮，使各管理系統(tǒng)，各門(mén)禁讀卡終端設(shè)備綜合性能的智能化達(dá)到最佳系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

門(mén)禁軟件采用服務(wù)器+工作站的形式的模塊化技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)便于不同的職能部門(mén)根據(jù)權(quán)限來(lái)進(jìn)行獨(dú)立管理避免權(quán)限交叉管理出現(xiàn)混亂。如服務(wù)器數(shù)據(jù)工作站用于數(shù)據(jù)處理，維護(hù)工作站用于系統(tǒng)維護(hù)，巡更工作站用于保安管理，訪(fǎng)客工作站應(yīng)用訪(fǎng)客的管理。另外，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了專(zhuān)業(yè)的OPC接口，通過(guò)這個(gè)接口可以方便的將門(mén)禁系統(tǒng)集成到其他自控系統(tǒng)。

4 總結(jié)

錦界煤礦在數(shù)字礦山項(xiàng)目整體推進(jìn)的過(guò)程中，適時(shí)提出井下無(wú)人值守變電所智能軌道巡檢系統(tǒng)和智能門(mén)禁管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，無(wú)疑是對(duì)數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項(xiàng)目的有效補(bǔ)充。變電所智能安防系統(tǒng)的實(shí)施為井下變電所的標(biāo)準(zhǔn)化管理、安全運(yùn)行提供了保障，將礦井變電所自動(dòng)化、信息化深度融合，大大提升了整個(gè)礦井的安全管理水平。

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作者簡(jiǎn)介

鄔永權(quán)（1972—），男，內(nèi)蒙鄂爾多斯市人，工程師，1996年7月畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，采礦專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)任神東煤炭集團(tuán)錦界煤礦管理處副礦長(zhǎng)。