淺談工業電視監控系統在熱軋生產中的應用

王東凱，趙 亮

工業電視監控系統是采用視頻影像技術、網絡通訊技術等，對工業生產過程進行實時、可視化監控的技術。隨著工業現代化、信息化的發展，工業電視監控目前已經廣泛應用于冶金、化工機械、電力等工業生產領域，取得了良好的使用效果。熱軋是一種傳統的軋鋼技術，經過高溫加熱軋制而成的鋼材稱為熱軋鋼，具備應有的機械性能，是一種市場熱銷的常用鋼材品種。尤其是當前冶金行業的軋鋼工藝講究“一火成材”，鋼在精煉后的連鑄連軋可免去二次加熱的能源消耗，可大大降低生產成本。熱軋生產具有節奏快、速度快的特點，生產現場環境十分惡劣。現場高溫帶鋼散發的高溫熱輻射以及產生高溫水汽，使生產人員和設備檢修人員很難近距離地監控生產過程和對設備進行點檢。因此，在設備及生產線運行出現異常狀況時，人員難以及時發現，容易造成廢鋼和設備損壞。

現代工業對熱軋鋼生產的效率及其安全性能要求與日俱增。為了解決現場惡劣環境不利于人員現場監控的問題，保證熱軋設備及生產線的穩定運行，專門開發了適用于熱軋生產需要的工業電視監控系統。該監控系統的應用使生產與設備維護人員不用到達現場，在監控室內即可對整條生產線的運行情況及各種工藝參數進行全面監控。極大地改善了人員工作環境，提高了監控效率，有助于及時發現設備故障減少損失。本文對工業電視監控系統的組成、原理及其在熱軋生產中的應用進行了探討。

1 工業電視監控系統的優勢

工業電視監控系統用于熱軋生產線是一個顯著的技術進步，具有實時監控、可靠性高、安全性高、維護性好等多個優勢。

（1）監控的實時性。利用工業電視系統的攝像采集系統，對生產情況進行實時觀察，將采集到的信息經過轉換裝置將視頻信號轉換為電信號，再通過各類線纜進行數據傳輸，系統的通信符合行業最高標準，最高傳輸速率可達200Mbps，另外接收控制部分具有良好的接收性能和存儲性能，保證數據傳輸的實時性、快速性和重復再現性。實現對生產現場的遠程觀察和控制。

（2）運行的高可靠性。工業電視系統利用有線傳輸，具有很高的抗電磁干擾、抗震、防水防塵等性能，365*24h連續運行，完全可以滿足熱軋作業等各類持續生產行業的監控需求。

（3）網絡的高安全性。通過獨自的局域網性能，有效阻止外來非法訪問。設備均為安全電壓等級出入范圍，電壓的波動不會對設備造成影響，具有一定的濾波能力，防止電壓尖峰的沖擊。所用設備均采用低能耗產品，盡量避免設備發熱造成系統故障，同時不會對其他電子設備產生電磁干擾。

（4）系統的易擴展性。整個系統采用BNC和VGA等通用標準接口和開放的系統結構，隨著生產實際的需求，隨時可以對系統的覆蓋面進行拓展和延伸，有效的保護了用戶投資。

（5）整體的易維護性。整個系統結構簡潔清晰，具備易于維護的特性，維修人員可以對整個系統進行靈活便捷的維修管理，包括日常監控及系統配置的調整，系統故障處理等。

2 工業電視監控系統的組成

工業電視監控系統是以視頻影像技術、工業網絡通訊技術為基礎的視頻監控電子設備。整個系統主要有視頻影像采集系統、信號處理與傳輸系統、操作與控制部分等幾部分組成。

（1）視頻影像采集系統。主要是布置于現場的各種類型的前端攝像裝置，如防爆防塵工業攝像機、耐高溫攝像機等。前端攝像部分主要負責采集現場畫面圖像信號，并將這些圖像信號轉變為電信號后進行傳輸。其硬件部分主要由攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、抗干擾器、現場接線箱、安裝支架等部分組成。攝像采用540線水平分辨率的CCD彩色攝像機，自動光圈長焦鏡頭。為了適應現場高溫、高濕的攝像環境，視頻影像采集系統設置了雙層不銹鋼材質的水氣冷復合式防護罩，固定在云臺上，實現左右與垂直的上下90°全方位攝像。另外根據生產實際工況的不同，需要選擇不同類型和特點的攝像裝置。例如加熱爐選用具有耐高溫性能的爐內攝像裝置，粗軋區域選擇耐高溫型的針孔攝像裝置，精整區域選擇防塵防干擾的工業級攝像裝置。

（2）數據信號傳輸部分。數據信號傳輸部分主要是將現場視頻信號傳送至本地服務器，同步將服務器內監控信號同步到局域網上，是工業電視監控系統的紐帶。主要包括各類視頻電纜、光纖、網線等。在熱軋工序中，針對不同的監控點、監控設備數量以及傳輸的距離需要選擇不同類型的線纜。一般情況下，通常選擇同軸電纜和光纜。控制信號通常選擇直接控制方式。根據我國相關的工業電視監控系統要求，如果傳輸距離大于300m，需要選取75-7等級同軸電纜實現信號的傳輸，如果傳輸距離大于500m，則需要選取光纜實現信號的傳輸、光纜的優勢主要體現在抗干擾、通信容量大、傳輸距離遠、傳輸質量高等。在加熱爐等高溫區域應采用耐高溫的工業電纜連接，以防止通信電纜因長期處于高溫環境下而損壞。電氣控制柜與集成控制器之間同樣采用阻燃耐高溫的同軸電纜傳輸；彩色監視器與集成控制器之間使用視頻電纜。同時選用4路、8路、16路數字單模光端機，以完成各路的視頻傳輸。

（3）控制部分。視頻監控控制部分是整個系統的控制核心，主要由操作鍵盤、視頻切換矩陣、硬盤錄像機、畫面分割合成器、視頻分配器等組成。其中操作鍵盤是人員對視頻監控系統進行操作的設備，人員可通過鍵盤執行監控畫面分割、調取、切換等相關操作，以達到相關的使用目的；視頻切換矩陣、畫面分割合成器主要用于幫助監控系統實現視頻畫面切換的相關操作；硬盤錄像機是系統對現場畫面進行錄制、存儲的設備，其性能主要與該設備的分辨率、存儲空間大小等有關。一般多采用具有主、輔兩個音視頻輸出通道的高清智能硬盤錄像機，防止設備突然故障，視頻丟失等情況發生。本系統具有智能化、自動化錄制保存的功能。

（4）視頻顯示部分。視頻顯示部分一般由幾臺或者多臺監視器（或帶視頻輸入的普通液晶電視機）組成。它的功能主要是將傳輸過來的視頻畫面圖像一一進行顯示。在視頻監控系統中，特別是由多臺攝像裝置組成的視頻監控系統中，一般都不是一臺監視器對應一臺攝像裝置進行顯示，而是幾臺攝像裝置的圖像信號用一臺監視器輪流切換顯示，這樣做既可以節省設備，減少設備占用空間，也可以減少操作次數，提高工作效率。顯示器尺寸大小可根據生產監控的需要靈活選用，應以性能可靠、美觀實用為主。其他的如電視控制柜等主要為監控系統的各硬件設備提供防塵、防水、防潮、防腐、防振動和碰撞等相關保護功能。

3 工業電視監控系統的工作原理

在熱軋生產線中，對于加熱爐的運行狀況是視頻監控的內容之一，主要依靠具有耐高溫性能的爐內攝像機來實現。在加熱爐操作室內，通過操作控制器將攝像儀探測裝置伸入到爐內，可由攝像儀器中的針孔鏡頭攝取爐內視頻畫面并形成電子視頻信號。電子視頻信號通過轉換后形成可供顯示器視頻播放的視頻信號。坐在加熱爐監控操作室內的人員即可通過監控畫面實時監控了解加熱爐內的爐況。工業電視監控系統由加熱爐操作室UPS不間斷長期供電；爐內攝像機的伸進、退回則由操作室內的人員通過遙控器直接控制。

監控攝像機鏡頭具有廣角度攝像功能，攝像機與鏡頭安裝在探頭保護罩內，通過耐高溫鏡頭伸進爐內攝取爐內圖像。監控系統具有高溫自動保護功能，由PLC和熱電阻進行控制。熱電阻安裝在探頭內，檢測鏡頭前端溫度和采集攝像頭周邊溫度，以確保攝像頭始終處于適宜的溫度環境下工作。當監測環境溫度大于90℃時，自動退出裝置的溫度傳感器會發送溫度信號給系統；控制系統便會發出退出指令給自動退出裝置，控制電動機驅動鏈條傳動裝置，帶動攝像機和鏡頭從加熱爐內退回。攝像機采集的爐內圖像視頻信號傳送至加熱爐操作室的屏幕監控畫面上，根據監控需要可對爐內畫面按照入爐、爐中、出爐、爐底四個畫面進行分割顯示。控制室監控人員通過監控畫面可以實時觀察爐內火焰燃燒情況、鋼坯加熱運行情況以及爐渣堆積情況等，從而及時了解整個加熱爐的工藝情況，及時發現鋼坯溫度不均等異常爐況，并據此調整加熱參數和判斷是否回爐加熱。同時，圖像信號通過視頻分配放大器連接至嵌入式硬盤錄像機錄像。當鋼坯在出坯過程中出現異常情況時，這些視頻畫面和回放便會成為事故分析的最主要依據，從而避免鋼坯質量問題和故障停機等問題的重復發生。

4 工業電視監控系統在熱軋生產中的應用

在熱軋生產中，通過工業電視監控系統可以以視頻畫面的方式，實時監控加熱爐以及整條熱軋生產線的運行情況。其實時、直觀的監控效果對熱軋生產線的工藝運行和自動控制起著至關重要的作用。

（1）對加熱爐以及其它生產重點部位的監控。加熱爐是熱軋生產線的重點部位之一，對熱軋產品的質量控制起著重要作用。視頻監控系統通過對加熱爐爐前、爐內、爐尾的視頻監控，有效保證了熱軋生產線的正常生產運行和熱軋鋼坯的質量。其中，爐前監控主要為了觀察坯料加熱及運行狀態，監視爐內坯料運行實際情況是否與自動化工藝數據和曲線相符。如果發現兩者不相符，則可通過坯料控制系統提前出鋼，或是采用短延遲或長延遲出鋼。爐內爐渣的堆積情況由爐內專門用于監控爐渣的攝像機進行監控。如果發生爐渣不正常堆積的情況，操作人員則可監控畫面的指導下，遠程控制刮渣爪清除堆積的爐渣。爐尾監控主要用于監視裝鋼機的運行軌跡，通過遠程糾偏系統控制裝鋼臂，對裝鋼時鋼坯的偏移進行糾正，以避免鋼坯傾斜、不正常撞鋼等事故的發生。監控系統通過對加熱爐火焰狀況的觀察，結合燃燒工藝參數，可以對空氣、煤氣的輸出比例進行控制。黃白色火焰說明空氣量較多；出現黑煙則說明煤氣輸出量過多。通過對煤氣、空氣比例的遠程控制調整可使火焰達到最佳的燃燒狀態。對于軋機區域的監控，需要實時監控，而且要求對重點部位比如軋機導槽、翻鋼裝置等關鍵部位進行精確監控，而且周圍環境比較惡劣，采用耐高溫、防塵、抗干擾的針孔攝像裝置，最大程度的實現監控的實用和高效性能。對于精整收集區域，要求光角監控，采用360度可旋轉工業級攝像裝置，保證監控無死角，避免操作事故的發生。通過工業電視監控系統對整個熱軋生產線流程及其他輔助生產的工作場所進行24h連續不間斷地監控，并根據用戶需求對監控畫面進行切換和回放。

（2）對生產操作人員提供有力支撐。隨著各種工業自動化設備的應用，遠程控制已成為對工藝參數進行調整的主要方式。人員坐在控制室內看看畫面、動動鼠標，即可實現對各種工藝參數的調整。在這種生產條件下，視頻監控系統則可以為生產人員提供實時可靠的視頻畫面，提高了信息傳遞的速度和準確性。在熱軋生產線中，除了加熱爐之外，粗軋機出入口、精整收集區域等部位均設置了監控探頭，可使人員對整條生產線進行監控。一旦發現異常情況，操作室人員可以遠程操控或是指揮現場人員及時處置，以避免重大生產和設備事故的發生。

（3）為事故分析提供可靠的現場視頻依據。工業電視監控系統除了具有視頻在線監控功能之外，還有錄像及回放功能，錄像時長根據系統的硬盤存儲空間而定。系統錄像具有動態檢測錄像、定期錄像、手動錄像、畫面切換錄像等方式。管理人員可根據需要，按照視頻通道、攝像機編號、錄像時間日期等對錄像數據進行檢索；并可以采用快進、慢放、放大、抓拍等方式對視頻進行回放；并可對錄像文件進行備份和刪除。在實際應用中，通過視頻回放可以為事故分析提供可靠的現場視頻依據，還原事故的第一現場和事故經過。從而幫助人員分析和掌握事故經過，通過采取相應措施避免同類事故的再次發生。

5 熱軋監控系統的日常維護

工業電視監控系統是24h連續不間斷的電子設備，而且工作環境比較惡劣。工作現場面臨著高溫、粉塵、油污等環境因素的污染及危害。因此應在使用中精心維護，做好對設備防塵、防高溫、防震動的檢查和保持電源的穩定可靠。

（1）清潔化。現場粉塵油污較多，時間久了容易造成鏡頭不清，從而影響影像輸出的清晰度。應定期清理防護罩，保證圖像清晰。

（2）防高溫。設置在現場高溫環境下攝像點的連接線纜由于高溫環境的影響，容易老化和損壞，應重點檢查。發現線纜有裂隙或破損的，予以及時更換。

（3）防震動。現場的攝像機在現場設備震動的長期影響下，容易出現位置偏差，使攝像機偏離原來的拍攝點。對此應定期檢查，及時予以調整和固定。

（4）穩定電源。視頻監控系統常見的問題主要有：無圖像輸出、圖像質量不好。無圖像輸出的問題多是由于通信故障引起的。此問題主要應檢查電源、電纜接頭，是否存在電壓不正常或電纜接頭接觸不良的問題。圖像質量不好的原因比較多，比如電源電壓不穩、通信線纜接頭接觸不良、光圈調整不良、鏡頭積塵嚴重、攝像機附近有干擾源等問題，都有可能造成圖像質量不佳，影響人員監控。對此，可逐一排查以消除故障。

6 系統效益

工業電視的閉路監控系統的應用使生產與設備維護人員不用到達現場，在監控室內即可對整條生產線的運行情況及各種工藝參數進行全面監控。企業管理者和生產指揮調度系統可以通過局域網實時掌握并控制生產情況，還可以調取近期生產歷史監控畫面對事件進行回溯，不僅能夠直觀的監視和記錄工作現場的安全生產情況，而且能夠及時發現安全事故隱患，防患于未然，對于事故的事后重現和分析提供關鍵的圖像，極大地改善了人員工作環境，從而提升軋鋼生產管理的科學化、信息化、現代化水平，具有相關可觀的使用意義的經濟效益。

7 結語

工業電視的閉路監控系統是一種安全可靠、實時快速的現代化監控系統，它可以代替工人，實時觀察到人眼無法觀察到的地方，真實地反映出處于昏暗、高溫和危險位置的被監視對象的近距離狀況。其在熱軋鋼生產工藝中的應用，不僅大大提高了現場操作和設備維護人員的工作效率和工作質量，也為安全生產提供了可靠保障。為工業電視監控的全面推廣打下了堅實基礎。隨著網絡信息化和計算機技術的不斷更新和創新，工業電視監控技術一定能夠日臻完善，得到廣泛的推廣和應用。由于本人從事相關工作時間較短，對工業電視監控系統鉆研和知識掌握的程度極為有限，文中難免出現紕漏，望廣大同仁予以指導雅正。自己也將通過工業監控課題的研究，獲取更新的專業知識，掌握更多的專業技術。