基于煤礦固定場(chǎng)所的智能視頻巡檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張永福 吳慶娟 李倩倩

（華洋通信科技股份有限公司，江蘇徐州221116）

0 引言

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)的不斷成熟，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的要求不斷提高，目前國(guó)內(nèi)許多煤礦都安裝建立了工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用為礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度提供了直觀(guān)可靠的輔助手段。

基于煤礦固定場(chǎng)所的智能視頻巡檢系統(tǒng)是一種全新的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，主要應(yīng)用于煤礦井下水泵房、變電所、避難硐室、地面車(chē)房等區(qū)域。礦井傳統(tǒng)的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)以固定攝像儀為主，用于對(duì)固定區(qū)域場(chǎng)景或設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，無(wú)法做到對(duì)固定區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行巡檢，監(jiān)控設(shè)備無(wú)法自動(dòng)移動(dòng)；而智能視頻巡檢系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)存在的弊端，因此在煤礦固定區(qū)域安裝智能視頻巡檢系統(tǒng)顯得尤為必要。

1 工作原理

智能視頻巡檢[1]裝置具備移動(dòng)定位功能，利用二維坐標(biāo)定位系統(tǒng)，通過(guò)控制軟件或預(yù)先設(shè)置的設(shè)備坐標(biāo)，與控制程序相結(jié)合，智能視頻裝置可準(zhǔn)確定位至預(yù)定位置。在需要操作設(shè)備前，觸發(fā)啟動(dòng)命令，智能巡檢裝置可自動(dòng)移動(dòng)至設(shè)備附近，監(jiān)視設(shè)備的啟動(dòng)過(guò)程；在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，智能巡檢裝置可自動(dòng)移動(dòng)到報(bào)警位置，為調(diào)度指揮提供決策依據(jù)。

2 系統(tǒng)組成

如圖1所示，固定場(chǎng)所的智能視頻巡檢系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)傳輸部分、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元和視頻巡檢裝置等組成。

圖1 智能視頻巡檢系統(tǒng)組成

2.1 地面監(jiān)控中心

地面監(jiān)控中心設(shè)置在煤礦調(diào)度中心，主要設(shè)備包括工作站、多屏顯示器、語(yǔ)音報(bào)警裝置、組態(tài)軟件等設(shè)備。通過(guò)畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)智能視頻巡檢裝置移動(dòng)位置和運(yùn)行參數(shù)狀態(tài)；同時(shí)可實(shí)時(shí)顯示固定場(chǎng)所內(nèi)視頻圖像。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸部分

利用光纜或工業(yè)以太網(wǎng)[2]進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸包括：視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、控制及反饋信號(hào)。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元

監(jiān)控單元主要包括監(jiān)控分站、就地控制箱、隔爆監(jiān)視器、傳感器等設(shè)備。

監(jiān)控分站[3]是智能巡檢裝置的控制核心，用于數(shù)據(jù)采集和智能巡檢裝置的控制，內(nèi)部安裝有西門(mén)子PLC、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量模塊和通信模塊等元器件，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入接口、模擬量輸入接口將現(xiàn)場(chǎng)不同用途的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和傳感器的模擬量信號(hào)取入，經(jīng)過(guò)PLC內(nèi)部程序的處理和邏輯運(yùn)算，將控制信息用開(kāi)關(guān)量輸出接口輸出，控制智能巡檢裝置的開(kāi)停，同時(shí)將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。

就地控制箱用于巡檢裝置的就地遠(yuǎn)控切換和雙向往復(fù)移動(dòng)的現(xiàn)場(chǎng)控制，內(nèi)部主要安裝按鈕、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和狀態(tài)指示燈等元器件。

隔爆監(jiān)視器用于現(xiàn)場(chǎng)顯示和存儲(chǔ)視頻圖像，內(nèi)部主要安裝液晶面板、硬盤(pán)錄像機(jī)、驅(qū)動(dòng)板等元器件。

傳感器用于采集智能巡檢裝置的實(shí)時(shí)位置和保護(hù)，主要包括限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)和編碼器。限位開(kāi)關(guān)用于巡檢裝置的到位保護(hù)，接近開(kāi)光用于巡檢裝置的精準(zhǔn)定位和校正，編碼器用于巡檢裝置位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.4 視頻巡檢裝置

如圖2所示，視頻巡檢裝置包含礦用本安型球機(jī)、防爆電機(jī)、減速箱、調(diào)速控制器、滑車(chē)組件等。

圖2 視頻巡檢裝置結(jié)構(gòu)圖

視頻巡檢裝置兩端安裝于固定場(chǎng)所的巷道壁，中間導(dǎo)軌進(jìn)行分段吊掛，尾部安裝拉緊裝置，礦用本安型球機(jī)采用吊掛式，整體由防爆電機(jī)牽引鋼絲繩方式實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)。控制分站控制電機(jī)正反運(yùn)行，牽引礦用本安型球機(jī)按照設(shè)定軌道及目標(biāo)軌跡進(jìn)行巡視移動(dòng)。同時(shí)礦用本安型球機(jī)具備拉遠(yuǎn)、拉近及變焦功能，可根據(jù)需要進(jìn)行變焦。

礦用本安型球機(jī)，高清200萬(wàn)像素；支持ONVIF/GB28181標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；支持H.265、H.264、MJPEG等編碼協(xié)議；具有紅外補(bǔ)光燈；具備移動(dòng)偵測(cè)、遮擋報(bào)警、存儲(chǔ)器滿(mǎn)、存儲(chǔ)器錯(cuò)、音頻異常偵測(cè)、越界偵測(cè)、區(qū)域入侵偵測(cè)，音頻輸入、輸出，報(bào)警信號(hào)輸入、輸出等功能，可適應(yīng)大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，同時(shí)可與其他系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)和通信。礦用本安型球機(jī)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)傳輸，信號(hào)進(jìn)入隔爆監(jiān)視器后進(jìn)入礦井工業(yè)以太網(wǎng)，可在現(xiàn)場(chǎng)隔爆監(jiān)視器和地面監(jiān)控中心實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控圖像。

3 控制方式

系統(tǒng)具備三種控制方式：就地控制、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)巡檢控制。

（1）就地控制：采用就地控制時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員根據(jù)需要以及設(shè)備狀況，通過(guò)操作就地控制箱上的按鈕，實(shí)現(xiàn)巡檢移動(dòng)，結(jié)合隔爆監(jiān)視器完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視。

（2）遠(yuǎn)程控制：調(diào)度中心人員根據(jù)需要可實(shí)時(shí)控制智能巡檢裝置的移動(dòng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像儀的拉遠(yuǎn)、拉近及變焦調(diào)節(jié)等操作。

（3）自動(dòng)巡檢控制：系統(tǒng)依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的行駛軌跡自動(dòng)執(zhí)行巡檢移動(dòng)，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)警。同時(shí)可設(shè)定巡檢頻率、巡檢周期、定時(shí)巡檢等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)人干預(yù)全自動(dòng)巡檢。自動(dòng)化系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，將信號(hào)傳輸給智能巡檢系統(tǒng)，其可自動(dòng)移動(dòng)到報(bào)警位置，進(jìn)行圖像抓拍。

4 系統(tǒng)功能

（1）遠(yuǎn)程及自動(dòng)巡檢功能：取代了常規(guī)人工巡檢的方式，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操作和自動(dòng)巡檢。

（2）移動(dòng)速度可調(diào)：采用防爆電機(jī)及減速機(jī)控制巡檢速度，可通過(guò)調(diào)節(jié)減速比，調(diào)整系統(tǒng)的巡檢速度，最高巡檢速度可達(dá)2 m/s。

（3）雙向移動(dòng)、精準(zhǔn)定位：智能巡檢裝置可前后雙向移動(dòng)，同時(shí)在裝置兩端安裝限位開(kāi)關(guān)和編碼器[4]，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

（4）智能聯(lián)動(dòng)：系統(tǒng)采用西門(mén)子PLC進(jìn)行邏輯控制，可與固定場(chǎng)所內(nèi)其他自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)。

（5）語(yǔ)音對(duì)講：礦用本安型球機(jī)具備麥克風(fēng)和喇叭，可與地面中心實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音對(duì)講。

（6）具有開(kāi)放式通信接口：系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)的視頻及通信接口，支持TCP/IP通信協(xié)議，可方便地接入礦井綜合自動(dòng)化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及共享。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著自動(dòng)化程度的逐漸提升，煤礦對(duì)視頻監(jiān)控要求越來(lái)越高，對(duì)減員提效也有更多的要求。本系統(tǒng)建成后，能夠逐漸替代現(xiàn)場(chǎng)人員完成日常巡檢工作，切實(shí)提高工作效率和質(zhì)量，真正起到減員提效的作用，極大地提高了管理人員工作效率和煤礦安全生產(chǎn)水平。該系統(tǒng)已在河南能源化工集團(tuán)永煤公司得到應(yīng)用，實(shí)踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)操作靈活方便，可靠性強(qiáng)。