基于熱釋電紅外傳感技術(shù)的攔人閉鎖裝置在王家?guī)X煤礦的應(yīng)用

胡學(xué)敏， 王韶偉

（晉能集團山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司， 山西 忻州 036604）

引言

隨著近些年我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多民用高端電子技術(shù)也逐漸被應(yīng)用于煤炭行業(yè)，一種多用途防人員誤入機械設(shè)備的安全監(jiān)控裝置應(yīng)運而生——即基于熱釋電紅外傳感技術(shù)的“攔人”閉鎖裝置。

1 熱釋電紅外傳感器原理

目前，市場上普遍使用的防盜、安保報警器材大多是以超聲波、主動式紅外發(fā)射/接收和微波等技術(shù)為基礎(chǔ)，通過監(jiān)測接收到的反射回來的信號有無異常，來判斷有無人員進入。識別效率較低，容易誤報警。

熱釋電紅外傳感器是20 世紀80 年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測器。它能夠以非接觸的形式檢測出人體輻射的紅外線能量變化，并可以將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，然后將這個電壓信號放大，便可以驅(qū)動各種控制電路，用來實現(xiàn)各種保護功能。

人體輻射的紅外線波長為9～10 μm 之間，而熱釋電紅外傳感器的探測波長靈敏度在0.2～20 μm范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。另外在該傳感器頂端還開了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光鏡可選擇通過光的波長范圍限制在7～10 μm，正好適合人體紅外線輻射波的探測，而對其他波長的紅外射線由于被濾光片吸收，這樣便成為了專門探測人體輻射的特殊傳感器。

一旦有人侵入探測區(qū)域，人體紅外輻射波通過鏡面聚焦，被熱釋電元件接收。另外還設(shè)置一個對比熱釋電元件，兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。熱釋電紅外傳感器的濾光片根據(jù)性能要求不同，有不同的焦距（即感應(yīng)距離），從而擁有不同的監(jiān)控視場，視場越多，交叉覆蓋，則監(jiān)控越嚴密[1]。

2 裝置結(jié)構(gòu)及功能

2.1 結(jié)構(gòu)

礦用防人員誤入監(jiān)控閉鎖裝置，由主機與熱釋電紅外傳感器組成。傳感器內(nèi)裝有耐用非制冷型氧化釩（VOX）紅外成像探測儀。探測儀可在全黑情況下通過熱成像視頻分析技術(shù)全天24 h 對進入危險區(qū)域的人員實現(xiàn)清晰成像監(jiān)控。探測器內(nèi)裝有的高速攝像機，將探測到的人體7.5～13.5 μm 波長信號傳輸給中空板內(nèi)的中央控制處理器。中央處理器經(jīng)人體識別模塊和目標處理模塊進行成像處理，輸出視頻信號到顯示屏。顯示屏上可顯示出人體圖像及環(huán)境溫度和人體溫度。同時中央處理器經(jīng)過比較運算確定是人員后，輸出控制信號到輸出控制端口。主機接收到傳感器報警信息后，發(fā)出聲光報警同時使設(shè)備停止運行。中央處理器安裝有網(wǎng)口，可上傳信號到調(diào)度室并通過存儲卡記錄一周現(xiàn)場工作情況。

2.2 功能

1）熱釋電傳感器A 組（A1 和A2）用于檢測工作區(qū)周邊人員活動情況，當有人靠近工作區(qū)時，傳感器A 輸出控制信號，裝置主機上的繼電器K1 動作控制外接報警器發(fā)出警戒語音“嚴禁靠近注意安全”提示語！

2）熱釋電傳感器B 組（B1 和B2）安裝在保護設(shè)備區(qū)內(nèi)，實時連續(xù)監(jiān)測，當有人員接近（或通過）時，任一紅外傳感器探頭B1(或B2)監(jiān)測到信號，輸出閉鎖保護信號，由主機上的繼電器K2 動作控制報警器發(fā)出語音提示語！報警器綠色燈轉(zhuǎn)化為紅色燈，同時繼電器K3 所連接的外部設(shè)備上的啟動保護器動作閉鎖裝置的運行，復(fù)位指示燈亮。

3）裝置在進入閉鎖狀態(tài)后，便進入鎖定狀態(tài)，只有在裝置上的熱釋電傳感器處于正常監(jiān)測狀態(tài)后方能解除鎖定再次啟動。

解鎖方法：裝置進入閉鎖狀態(tài)（面板復(fù)位指示燈亮）10 s 后按下面板上的復(fù)位開關(guān)。按下復(fù)位開關(guān)后外部設(shè)備解鎖，工作人員方可再次啟動外部設(shè)備工作。

4）主機上繼電器K3 為閉鎖節(jié)點（無源節(jié)點），可將該節(jié)點接入被控設(shè)備的保護回路或串入被控設(shè)備的控制回路。

裝置閉鎖工作流程：當人員進入傳感器的檢測范圍時，傳感器輸出高電平信號，主機發(fā)出聲光報警信號，主機輸出控制信號控制設(shè)備停止運行。當人體遠離傳感器檢測范圍時，傳感器輸出低平信號，主機輸出控制信號控制設(shè)備正常運行，系統(tǒng)原理見圖1。

圖1 防人員誤入裝置系統(tǒng)原理圖

3 防人員誤入裝置在王家?guī)X煤礦井下的幾種應(yīng)用方案

王家?guī)X煤礦井下實際操作中，在轉(zhuǎn)載機、皮帶機、掘進機、采煤機四種機電設(shè)備上設(shè)置安裝了該“攔人保護”裝置，分別如圖2—圖5 所示。

轉(zhuǎn)載機“攔人保護”的紅外傳感器安裝在破碎機入口處蓋板焊接的鐵支架上，距離地面高度1.5 m，角度為-15°，監(jiān)控主機安裝在自移機尾司機值班處，便于語音報警提醒、裝置的開停機和閉鎖復(fù)位操作；皮帶機“攔人保護”的紅外傳感器安裝在皮帶機機頭卸載滾筒往來料方向移5～10 m 處，距離皮帶面高度1 m，角度為-15°，監(jiān)控主機安裝在皮帶機司機值班處；掘進機“攔人保護”的紅外傳感器安裝在掘進機兩側(cè)距離地面高度2.3 m，角度水平方向-45°，垂直方向向下-65°，確保人員在進入兩側(cè)設(shè)定的警戒范圍時再閉鎖動作，主機安裝在掘進機司機操作臺，主機上還可以設(shè)置分屏幕，司機可以隨時觀察四周情況。

采煤機“攔人保護”的安裝方式與上述幾種基本相同，同時根據(jù)采煤機運行中人員進入機道的警戒范圍適時調(diào)整紅外探頭的安裝高度和角度，閉鎖裝置的開關(guān)機可以根據(jù)現(xiàn)場情況隨時打開或者關(guān)閉，在檢修或其他特殊情況下可以隨機應(yīng)變[2]。

該裝置通過紅外攝像頭對除上述幾種外各種類型的礦用機電設(shè)備進行連續(xù)監(jiān)測，并與被監(jiān)測設(shè)備的保護回路閉鎖，同時利用聲光語音報警進行報警提示，能有效防止人身傷害事故發(fā)生。

圖2 轉(zhuǎn)載機安裝示意圖

圖3 皮帶機安裝示意圖

圖4 掘進機安裝示意圖

圖5 采煤機安裝示意圖

4 效益分析和發(fā)展前景

目前煤礦井下各類閉鎖保護大多數(shù)采用的是：以機械限位桿、超聲波、主動式紅外發(fā)射/接收、微波等技術(shù)為基礎(chǔ)的“攔人”保護閉鎖裝置。它們采用的都是監(jiān)測接收到經(jīng)反射回來的信號有無異常，來判斷有無入侵者，識別效率低，當有干擾物遮蔽信號時，容易誤報警、誤動作。井下煤炭采、掘、裝、運系統(tǒng)各機械轉(zhuǎn)動部位需要設(shè)置“防誤入”的情況；當單人作業(yè)時不小心跌入煤流系統(tǒng)無法被旁人察覺的情況；采掘機械作業(yè)過程中，規(guī)程規(guī)定的人員禁止進入的情況，都需要安裝此系統(tǒng)進行規(guī)避。該裝置在煤炭行業(yè)的應(yīng)用場景相當豐富，經(jīng)濟效益非常可觀。

雖然大批量安裝此裝置在短期內(nèi)會增加企業(yè)的經(jīng)營成本，但從長遠考慮，結(jié)合安全效益、社會效益，能夠從整體上提高煤礦的安全生產(chǎn)可靠性，同時也踐行了新時代“以人為本”的社會價值理念。