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

隨著我國煤礦開采技術(shù)的不斷成熟，對煤礦安全生產(chǎn)的要求不斷提高，目前國內(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)度提供了直觀可靠的輔助手段。

基于煤礦固定場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，用于對固定區(qū)域場景或設(shè)備進行監(jiān)視，無法做到對固定區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備進行巡檢，監(jiān)控設(shè)備無法自動移動；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]裝置具備移動定位功能，利用二維坐標(biāo)定位系統(tǒng)，通過控制軟件或預(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)啟動命令，智能巡檢裝置可自動移動至設(shè)備附近，監(jiān)視設(shè)備的啟動過程；在設(shè)備運行過程中出現(xiàn)故障報警時，智能巡檢裝置可自動移動到報警位置，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、語音報警裝置、組態(tài)軟件等設(shè)備。通過畫面實時監(jiān)視系統(tǒng)智能視頻巡檢裝置移動位置和運行參數(shù)狀態(tài)；同時可實時顯示固定場所內(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]進行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸包括：視頻信號、音頻信號、控制及反饋信號。

2.3 現(xiàn)場監(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)部安裝有西門子PLC、開關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量模塊和通信模塊等元器件，通過開關(guān)量輸入接口、模擬量輸入接口將現(xiàn)場不同用途的開關(guān)量信號和傳感器的模擬量信號取入，經(jīng)過PLC內(nèi)部程序的處理和邏輯運算，將控制信息用開關(guān)量輸出接口輸出，控制智能巡檢裝置的開停，同時將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送給上位機。

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

隔爆監(jiān)視器用于現(xiàn)場顯示和存儲視頻圖像，內(nèi)部主要安裝液晶面板、硬盤錄像機、驅(qū)動板等元器件。

傳感器用于采集智能巡檢裝置的實時位置和保護，主要包括限位開關(guān)、接近開關(guān)和編碼器。限位開關(guān)用于巡檢裝置的到位保護，接近開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時監(jiān)測。

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、防爆電機、減速箱、調(diào)速控制器、滑車組件等。

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所的巷道壁，中間導(dǎo)軌進行分段吊掛，尾部安裝拉緊裝置，礦用本安型球機采用吊掛式，整體由防爆電機牽引鋼絲繩方式實現(xiàn)拖動。控制分站控制電機正反運行，牽引礦用本安型球機按照設(shè)定軌道及目標(biāo)軌跡進行巡視移動。同時礦用本安型球機具備拉遠、拉近及變焦功能，可根據(jù)需要進行變焦。

礦用本安型球機，高清200萬像素；支持ONVIF/GB28181標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；支持H.265、H.264、MJPEG等編碼協(xié)議；具有紅外補光燈；具備移動偵測、遮擋報警、存儲器滿、存儲器錯、音頻異常偵測、越界偵測、區(qū)域入侵偵測，音頻輸入、輸出，報警信號輸入、輸出等功能，可適應(yīng)大多數(shù)現(xiàn)場環(huán)境，同時可與其他系統(tǒng)進行聯(lián)動和通信。礦用本安型球機通過網(wǎng)線或無線傳輸，信號進入隔爆監(jiān)視器后進入礦井工業(yè)以太網(wǎng)，可在現(xiàn)場隔爆監(jiān)視器和地面監(jiān)控中心實時顯示監(jiān)控圖像。

3 控制方式

系統(tǒng)具備三種控制方式：就地控制、遠程控制、自動巡檢控制。

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

（2）遠程控制：調(diào)度中心人員根據(jù)需要可實時控制智能巡檢裝置的移動，同時可實現(xiàn)對攝像儀的拉遠、拉近及變焦調(diào)節(jié)等操作。

（3）自動巡檢控制：系統(tǒng)依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的行駛軌跡自動執(zhí)行巡檢移動，可自動實現(xiàn)實時預(yù)警。同時可設(shè)定巡檢頻率、巡檢周期、定時巡檢等內(nèi)容，實現(xiàn)系統(tǒng)的無人干預(yù)全自動巡檢。自動化系統(tǒng)報警時，將信號傳輸給智能巡檢系統(tǒng)，其可自動移動到報警位置，進行圖像抓拍。

4 系統(tǒng)功能

（1）遠程及自動巡檢功能：取代了常規(guī)人工巡檢的方式，實現(xiàn)了遠程操作和自動巡檢。

（2）移動速度可調(diào)：采用防爆電機及減速機控制巡檢速度，可通過調(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2 m/s。

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

（4）智能聯(lián)動：系統(tǒng)采用西門子PLC進行邏輯控制，可與固定場所內(nèi)其他自動化系統(tǒng)進行通信實現(xiàn)智能聯(lián)動。

（5）語音對講：礦用本安型球機具備麥克風(fēng)和喇叭，可與地面中心實現(xiàn)語音對講。

（6）具有開放式通信接口：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化平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及共享。

5 結(jié)語

隨著自動化程度的逐漸提升，煤礦對視頻監(jiān)控要求越來越高，對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)場人員完成日常巡檢工作，切實提高工作效率和質(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永煤公司得到應(yīng)用，實踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)操作靈活方便，可靠性強。