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        綜合監(jiān)控系統(tǒng)在礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

        2018-11-01 05:45:00陳文波
        山東煤炭科技 2018年10期
        關(guān)鍵詞:無(wú)極絞車攝像機(jī)

        陳文波

        (平泉煤業(yè)有限公司,山西 高平 048400 )

        在計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳輸技術(shù)飛速發(fā)展的影響下,越來(lái)越多的地方開(kāi)始應(yīng)用數(shù)字化的視頻傳輸技術(shù)。把數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)引入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)也是礦井現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展的一大趨勢(shì)。平泉煤業(yè)經(jīng)過(guò)兼并重組以后,原來(lái)調(diào)度絞車的信號(hào)是通過(guò)語(yǔ)音信號(hào)裝置打點(diǎn)和通訊,操作不方便,經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)不清,不能滿足現(xiàn)代化礦井安全生產(chǎn)的需求。為了改善平泉煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中存在的安全隱患,提高井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性和可靠性,平泉煤業(yè)為礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

        1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的含義及作用

        該系統(tǒng)相對(duì)較復(fù)雜,具有一定的綜合性與系統(tǒng)性,需用到很多先進(jìn)技術(shù),如視頻采集技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮還原技術(shù)、傳感器技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等。礦井裝設(shè)的綜合監(jiān)控系統(tǒng),應(yīng)用了單對(duì)雙絞線數(shù)字傳輸技術(shù)以及Wi-Fi通信技術(shù)等,同時(shí)應(yīng)用了固定音、視頻監(jiān)控模式與移動(dòng)音、視頻監(jiān)控模式相結(jié)合的方式進(jìn)行全面監(jiān)控。

        平泉煤業(yè)礦下151軌道大巷應(yīng)用的是SQ-120/132B型無(wú)極繩連續(xù)牽引絞車進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè),該運(yùn)輸系統(tǒng)采用了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng),絞車控制人員在日??刂平g車的作業(yè)中,對(duì)于絞車運(yùn)行情況,一方面可借助梭車的無(wú)線攝像機(jī)進(jìn)行觀察,另一方面也可通過(guò)軌道上分布的攝像機(jī)觀察前段軌道情況,不僅有助于全方位第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)事故苗頭,提供第一手的重要圖像資料供事故分析參考,而且加上手機(jī)打點(diǎn)系統(tǒng)、輔助的告警系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng),能夠大大地增加絞車的安全性,提高絞車運(yùn)行效率。

        2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組成

        無(wú)極繩連續(xù)牽引車綜合監(jiān)控系統(tǒng)的大致框架如下圖1所示。

        該系統(tǒng)主要由視頻終端部分、警示單元部分、手機(jī)通信終端部分、無(wú)線基站部分、網(wǎng)絡(luò)接口部分、監(jiān)控顯示終端部分以及后備電源等七大部分組成。這七大部分又是由很多小部分組成的,同時(shí)它們也具有一些各自的功能,具體如下:

        (1)視頻終端:主要由數(shù)字無(wú)線攝像機(jī)、有線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、本安紅外燈組成。是視頻圖像前端采集設(shè)備,能夠在無(wú)線基站間實(shí)現(xiàn)漫游切換。

        (2)警示單元:主要由數(shù)字本安廣播組成??蛇B接于無(wú)線攝像機(jī),實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式廣播。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與后方監(jiān)控終端的雙向語(yǔ)音對(duì)講功能。

        (3)手機(jī)通信終端:主要由礦用本安三防手機(jī)組成。此手機(jī)可在無(wú)線基站覆蓋區(qū)域內(nèi)進(jìn)行無(wú)線通信,且在隔爆計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件的支持下可進(jìn)行手機(jī)打點(diǎn)等操作。

        (4)傳輸部分:網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)主要由無(wú)線基站以及礦用通信線纜等部分組成。其中無(wú)線基站借助定向天線,可在沒(méi)有遮擋的地區(qū)實(shí)現(xiàn)500 m左右的信號(hào)覆蓋(具體應(yīng)根據(jù)巷道實(shí)際環(huán)境情況來(lái)確定)。網(wǎng)絡(luò)接口可實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)及相關(guān)協(xié)議的順利轉(zhuǎn)換。

        (5)監(jiān)控顯示終端:該終端由防爆計(jì)算機(jī)與其相關(guān)軟件組成,借助此終端可實(shí)時(shí)監(jiān)控前段視頻,同時(shí)可進(jìn)行前端視頻錄像,并能與數(shù)字廣播進(jìn)行對(duì)講,充當(dāng)打點(diǎn)系統(tǒng)服務(wù)器等。

        (6)后備電源:可為系統(tǒng)提供電力供應(yīng)和后備電源支持。在系統(tǒng)停電的情況下維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

        圖1 無(wú)極繩連續(xù)牽引車綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

        3 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

        (1)數(shù)字本安技術(shù)。監(jiān)控終端及傳輸平臺(tái)均為本安設(shè)備,適合于井下任何環(huán)境,特別適合采掘面、回采巷道的使用。

        (2)無(wú)線數(shù)字移動(dòng)音視頻技術(shù)。在傳統(tǒng)的有線方式無(wú)法滿足系統(tǒng)音頻與視頻的傳輸?shù)那闆r下,通過(guò)在系統(tǒng)中應(yīng)用無(wú)線信號(hào)傳輸,這樣黑暗中移動(dòng)物體成像便會(huì)清晰可辨,可很好地解決終端設(shè)備的線路拖動(dòng)難題,有效減少巷道布線量。先進(jìn)的視頻漫游技術(shù),適合無(wú)極繩連續(xù)牽引車的移動(dòng)視頻監(jiān)控需求。

        (3)主干雙絞線的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線基站間的數(shù)據(jù)傳輸使用雙絞線連接方式,線纜布防簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,特別適合無(wú)極繩連續(xù)牽引車的使用環(huán)境,解決了以往光纜傳輸存在的回撤熔纖等問(wèn)題。

        (4)低照度、強(qiáng)光抑制數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)。因礦井作業(yè)環(huán)境較惡劣,井內(nèi)大多陰暗潮濕,采用低照度,具有強(qiáng)光抑制作用的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)來(lái)進(jìn)行礦井拍攝作業(yè),可獲得更清晰的圖像,這樣可很好地克服部分常規(guī)攝像機(jī)因不能有效避免燈光直射,在進(jìn)行礦井拍攝作業(yè)時(shí),拍出的圖像大面積發(fā)白的難題,可獲得更逼真、更高質(zhì)量的圖像,對(duì)監(jiān)控中心的觀察更有利。

        (5)本安紅外燈,可很好地解決礦井內(nèi)存在的無(wú)光照明問(wèn)題。很多礦井坑道內(nèi)無(wú)光線,即使借助低照度攝像機(jī)進(jìn)行拍照,拍出的圖像通常也會(huì)存在嚴(yán)重的雪花點(diǎn)現(xiàn)象,而采用本安紅外照明技術(shù)進(jìn)行拍照,即便拍照環(huán)境全黑,拍出的圖像一般也會(huì)清晰可見(jiàn),借助此技術(shù)進(jìn)行拍照,可獲得清晰的采掘工作面圖像。

        (6)綜合性的解決方案。系統(tǒng)集成無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、廣播對(duì)講、打點(diǎn)系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng),系統(tǒng)會(huì)具有更強(qiáng)大的功能,可有效解決無(wú)極繩連續(xù)牽引車運(yùn)用時(shí)存在的多數(shù)難題,進(jìn)一步提升絞車運(yùn)行的安全性與高效性。

        (7)可直接接入井下工業(yè)以太網(wǎng),兼容性強(qiáng)。可直接接入井下工業(yè)以太網(wǎng),實(shí)現(xiàn)異地觀看、指揮等。

        4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

        4.1 詳細(xì)設(shè)計(jì)

        4.1.1 傳輸鏈路設(shè)計(jì)

        平泉煤業(yè)井下無(wú)極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)配置有主機(jī)、張緊裝置、梭車、尾輪、壓繩輪、托繩輪以及轉(zhuǎn)向裝置等。其尾輪和軌道會(huì)根據(jù)需要調(diào)整覆蓋長(zhǎng)度,在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中,為使設(shè)備安裝與維護(hù)更方便,人們可把傳輸基站布設(shè)為雙絞線的形式。可把151運(yùn)輸線路布設(shè)為絞距為3.5 cm左右的兩對(duì)雙絞線,可用雙絞線中的兩芯來(lái)傳輸信號(hào),另外兩芯作為備用,并布設(shè)六臺(tái)雙絞線傳輸基站。下圖2為平泉煤業(yè)151巷道無(wú)極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)圖。

        圖2 平泉煤業(yè)151巷道無(wú)極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)圖

        4.1.2 無(wú)線基站布站設(shè)計(jì)

        因平泉煤業(yè)151軌道運(yùn)輸大巷存在的起伏部位或轉(zhuǎn)彎部位較多,因此在布設(shè)無(wú)線基站時(shí),應(yīng)對(duì)無(wú)線基站的實(shí)際覆蓋效果加以考慮。對(duì)于一些較平直沒(méi)有太大起伏的巷道,可把兩相鄰基站的距離布設(shè)為500 m,對(duì)于一些存在較多轉(zhuǎn)彎部位的巷道,在巷道水平轉(zhuǎn)彎處也應(yīng)布設(shè)無(wú)線基站,并應(yīng)讓基站的兩個(gè)天線都朝向巷道實(shí)際轉(zhuǎn)彎方向,以確保無(wú)線基站的信號(hào)能全面覆蓋巷道轉(zhuǎn)彎部位。圖3(a)、(b)分別表示了151巷道無(wú)極繩絞車基站的垂直分布示意圖與水平分布示意圖。

        圖3 151巷道無(wú)極繩絞車基站分布示意圖

        4.1.3 終端控制設(shè)計(jì)

        可采用15寸隔爆屏并兼本安計(jì)算機(jī)本地查看功能與本地錄像功能為一體的計(jì)算機(jī)作為控制終端,并應(yīng)為控制終端配置本安多功能鍵盤,以實(shí)現(xiàn)與前端本安廣播的順利對(duì)講。同時(shí)應(yīng)為計(jì)算機(jī)預(yù)留數(shù)據(jù)接口,以能與其他自動(dòng)化控制信號(hào)及時(shí)高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接,結(jié)合手機(jī)打點(diǎn)技術(shù),為絞車的無(wú)人開(kāi)停打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)安裝打點(diǎn)控制,語(yǔ)音廣播等軟件,充當(dāng)綜合服務(wù)器功能。

        4.1.4 無(wú)線攝像儀設(shè)計(jì)

        設(shè)計(jì)梭車上安放 2 臺(tái)無(wú)線攝像機(jī)作為無(wú)線視頻終端,配置本安紅外燈,提供黑暗環(huán)境下的攝像機(jī)補(bǔ)光。

        4.1.5 有線攝像機(jī)設(shè)計(jì)

        在絞車經(jīng)過(guò)的巷道人員聚集區(qū)域或人員突然出沒(méi)的巷道岔口區(qū)域安裝固定攝像機(jī),讓絞車司機(jī)能夠提前掌握該區(qū)域的人員活動(dòng)情況,提前減速等。固定攝像機(jī)可以就近接入無(wú)線基站。攝像機(jī)也可以根據(jù)巷道照明情況選擇是否使用紅外燈。

        4.1.6 局部通信設(shè)計(jì)

        配置3部礦用本安手機(jī),來(lái)進(jìn)行礦井無(wú)線通信,并配合網(wǎng)絡(luò)接口以及隔爆計(jì)算機(jī)軟件來(lái)讓手機(jī)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式打點(diǎn)。

        4.1.7 語(yǔ)音警示設(shè)計(jì)

        給梭車裝備一臺(tái)本安廣播分站,該廣播分站應(yīng)能實(shí)現(xiàn)與隔爆計(jì)算機(jī)成功進(jìn)行語(yǔ)音對(duì)講,以支持梭車安全運(yùn)行。

        4.2 系統(tǒng)功能

        (1)監(jiān)控人員可把攝像機(jī)直接布設(shè)于絞車的位置對(duì)絞車進(jìn)行監(jiān)控,以更仔細(xì)地觀察車輛運(yùn)行情況,以更科學(xué)、合理地指揮作業(yè)現(xiàn)場(chǎng),有效提高絞車運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

        (2)系統(tǒng)集成了開(kāi)車打點(diǎn)系統(tǒng),能夠通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端的無(wú)線打點(diǎn),有效解決以往半路停車無(wú)法打點(diǎn)問(wèn)題。按相應(yīng)的手機(jī)鍵,計(jì)算機(jī)播放對(duì)應(yīng)的提示音,計(jì)算機(jī)屏幕上提示相應(yīng)的圖標(biāo),標(biāo)示出停車、快速上行、快速下行、慢速上行、慢速下行、緊急剎車等操作提示。系統(tǒng)對(duì)外提供I/O接口,一旦有手機(jī)發(fā)出打點(diǎn)信號(hào),系統(tǒng)可自動(dòng)輸出剎車急停信號(hào),用于控制相關(guān)機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急停車。

        (3)先進(jìn)的全功能多媒體鍵盤能夠使計(jì)算機(jī)操作者方便操作計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)維護(hù)。

        (4)獨(dú)特的WIFI通信系統(tǒng),能夠?yàn)槭謾C(jī)與計(jì)算機(jī)、手機(jī)與手機(jī)之間提供可靠的語(yǔ)音通信服務(wù),較長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間也省去以往對(duì)講機(jī)的每日充電難題。

        (5)可把音視頻一體化無(wú)線監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)中,來(lái)更好地指導(dǎo)絞車運(yùn)行,必要時(shí)提供語(yǔ)音警告,這樣可更好地保障絞車安全運(yùn)行。此外本安式數(shù)字廣播技術(shù)同時(shí)提供雙向的語(yǔ)音通信技術(shù),有效解決了梭車與絞車房的通信問(wèn)題。

        5 結(jié)語(yǔ)

        平泉煤業(yè)礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用該種綜合監(jiān)控系統(tǒng)后,經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),輔助運(yùn)輸事故率大幅降低,有效提高了礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)無(wú)級(jí)繩牽引車運(yùn)行的安全性、高效性,為企業(yè)創(chuàng)造出了更多經(jīng)濟(jì)效益。

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