常亞洲

（山西晉煤集團(tuán)物資裝備公司， 山西 晉城 048006）

引言

無人值守是建立數(shù)字化洗煤廠的重要課題。由于洗煤廠皮帶工作環(huán)境惡劣，沿線較長(zhǎng)，人員不可能一直待在皮帶機(jī)頭機(jī)尾進(jìn)行蹲點(diǎn)觀察，非常有必要建立基于視頻分析的智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)⑵C(jī)實(shí)時(shí)畫面以及溫度、震動(dòng)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，達(dá)到“減員提效、人少則安”的最終目的。

1 存在問題

長(zhǎng)平煤業(yè)洗煤廠為晉煤集團(tuán)旗下年入洗量300萬t的洗煤廠。經(jīng)過多年運(yùn)行其監(jiān)控系統(tǒng)主要存在如下問題：

1）其工業(yè)電視系統(tǒng)采用的是早期的模擬系統(tǒng)，性能和穩(wěn)定性不高，模擬信號(hào)容易產(chǎn)生衰減、延時(shí)，抗干擾性能差；視頻信號(hào)的傳輸采用光端機(jī)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一個(gè)攝像儀就要占用一根光纖，存在資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

2）其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)和各類滾筒均沒有溫度振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，無法對(duì)皮帶機(jī)溫度、振動(dòng)等工況參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，極易出現(xiàn)軸承超溫潤(rùn)滑失效或振動(dòng)過大軸承破裂，直接影響到輸煤皮帶的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

基于此對(duì)原有視頻系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，同時(shí)增加無線溫度振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)皮帶的各類工況參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控自動(dòng)反應(yīng)，達(dá)到關(guān)鍵崗位“無人值守”目的。

2 改造內(nèi)容

2.1 對(duì)原有視頻系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)

對(duì)原有視頻系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，研發(fā)了智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在 5305、2002、5306、5605 四部皮帶機(jī)頭機(jī)尾處安裝11臺(tái)攝像儀，通過光纜接入交換機(jī)訪問解碼，最終通過BNC接口傳輸至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)畫面上墻。

2.2 增加無線溫度振動(dòng)子系統(tǒng)

在皮帶機(jī)關(guān)鍵部位安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)提取溫度振動(dòng)信號(hào)，通過無線傳輸方式將振動(dòng)數(shù)據(jù)和溫度值傳輸?shù)降臒o線接收就地顯示裝置，再通過485和光纖交換機(jī)傳輸?shù)郊厥疑衔粰C(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析，根據(jù)控制要求實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和報(bào)警[1]。

3 改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

如圖1所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端攝像儀通過光纜接入配電室的光纜接線盒，經(jīng)過接線盒后通過尾纖接入光電交換機(jī)，通過硬盤錄像機(jī)和視頻解碼器通過網(wǎng)線接入交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的訪問、存儲(chǔ)、解碼，然后解碼器通過BNC接口輸出給電視墻，實(shí)現(xiàn)畫面上墻、分割等操作。

其中，11臺(tái)攝像儀的安裝位置如下：5305皮帶機(jī)尾放置1臺(tái)攝像儀，2002皮帶驅(qū)動(dòng)機(jī)房放置3臺(tái)攝像儀，2002皮帶機(jī)頭放置1臺(tái)攝像儀，2002機(jī)尾放置1臺(tái)攝像儀，5306皮帶機(jī)尾放置1臺(tái)攝像儀，5306皮帶機(jī)頭放置1臺(tái)攝像儀，5605皮帶上灰分儀放置1臺(tái)攝像儀，汽運(yùn)裝車放置2臺(tái)攝像儀，每組防爆網(wǎng)絡(luò)攝像儀均需鋪設(shè)1根8芯光纜至就近的光纜接線盒。所有攝像儀供電220 V，電源線就近鋪設(shè)即可。具體接線方式如下頁圖2所示。

圖2 攝像儀接線圖

3.2 溫度振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖3所示，在2002、5305、5306皮帶機(jī)的主驅(qū)動(dòng)滾筒和減速器上安裝振動(dòng)溫度一體式傳感器，其中，5305皮帶滾筒和減速器上面各安裝1個(gè)，共計(jì)2個(gè)；5306皮帶滾筒和減速器上面各安裝1個(gè)，共計(jì)2個(gè)；2002皮帶為三驅(qū)系統(tǒng)，分別在滾筒和減速器上面各安裝1個(gè)，共計(jì)6個(gè)，整個(gè)系統(tǒng)共計(jì)安裝10個(gè)一體化傳感器。該傳感器可嵌入至原結(jié)構(gòu)的螺栓上，不需要打孔，安裝方便，傳感器為無線式。無線采集儀就近安裝在傳感器附近，最大距離不超過60 m。采集儀需要127 V AC電源供電。采集儀輸出為SC光口以太網(wǎng)信號(hào)，可接入驅(qū)動(dòng)機(jī)房的光端機(jī)或者與已布置好的光纜熔接，將數(shù)據(jù)傳輸至集控室，通過交換機(jī)進(jìn)入上位機(jī)[2]。上位機(jī)可對(duì)溫度和振動(dòng)信號(hào)實(shí)施顯示、查詢、存儲(chǔ)、報(bào)警等功能，同時(shí)該局域網(wǎng)內(nèi)的其他上位機(jī)也可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。

3.2.2 傳感結(jié)構(gòu)

傳感器殼體利用緊固螺栓固定的結(jié)構(gòu)。傳感器由溫度、振動(dòng)傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)射電路組成，DC3V電源采用Li-SOCl2鋰原電池，型號(hào)：LS14500，容量：2 600 mAh，電壓3.6 V。電池開路電壓≤3.7 V。傳感器電路為本質(zhì)安全電路，無線發(fā)射有效傳輸距離達(dá)60 m。傳感器電路原理框圖如下圖4所示。

圖3 皮帶溫度振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 傳感器電路原理框圖

傳感器溫度探頭選用PT100，其輸出電阻隨溫度變化。探頭與采樣電阻及電位器組成檢測(cè)電橋，電位器用來調(diào)整電橋平衡。電橋輸出信號(hào)經(jīng)由直流同相放大器放大后經(jīng)處理器的AD轉(zhuǎn)換，振動(dòng)信號(hào)通過ADXL345三軸加速度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，可對(duì)X、Y、Z軸三個(gè)方向加速度進(jìn)行檢測(cè)，最終運(yùn)算處理后輸出433 MHz的無線頻率信號(hào)[3]。

3.2.3 采集結(jié)構(gòu)

采集儀為礦用隔爆兼本質(zhì)安全型結(jié)構(gòu)，殼體為1個(gè)隔爆腔體。蓋與殼體采用螺栓結(jié)構(gòu)；門蓋與殼體有鉸鏈聯(lián)接，門蓋上開有觀察窗，可以反映出被控設(shè)備的運(yùn)行工況。其電路原理框圖如圖5所示。

圖5 采集儀電路原理框圖

127 V外部輸入電源通過電源控制單元轉(zhuǎn)為供內(nèi)部各單元所需的電壓，信號(hào)處理單元對(duì)無線采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示及變換，通過485轉(zhuǎn)以太網(wǎng)變換為網(wǎng)口輸出，然后通過光纖收發(fā)器變換為光口輸出。

傳感器及采集儀現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如下頁圖6所示，一體化傳感器直接通過滾筒或者減速器上的緊固螺釘安裝，方便快捷，采集儀下方喇叭口一個(gè)進(jìn)電源線一個(gè)出信號(hào)線。

圖6 傳感器及采集儀現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

3.2.4 上位機(jī)軟件

上位機(jī)軟件基于SQLServer數(shù)據(jù)庫，建立軸承溫度和振動(dòng)參數(shù)關(guān)系數(shù)據(jù)庫，從而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)刪除等操作，數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定可靠?？蓪⑾到y(tǒng)傳感器前20個(gè)溫度高值由高到低順序排列，滾動(dòng)顯示在軟件下方，供運(yùn)行加強(qiáng)巡視。下圖7為上位機(jī)總體顯示，圖8為溫度振動(dòng)列表顯示及歷史曲線顯示。

圖7 上位機(jī)總體顯示圖

從圖中可以看出各個(gè)傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。服務(wù)器監(jiān)控軟件將軸承溫度及振動(dòng)分為三級(jí)，分別用三種顏色來代表，正常溫度用綠色代表，溫度預(yù)警用黃色代表，溫度報(bào)警用紅色代表；將軸承振動(dòng)級(jí)別分為三級(jí)，分別是振動(dòng)正常、振動(dòng)預(yù)警和振動(dòng)報(bào)警，顏色分別為綠、黃、紅表示。根據(jù)不同級(jí)別，可采用聲光報(bào)警、圖形界面報(bào)警、短信發(fā)送報(bào)警，根據(jù)用戶需求，可實(shí)現(xiàn)報(bào)警停機(jī)，對(duì)系統(tǒng)中所有測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行溫度報(bào)警和振動(dòng)報(bào)警。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

1）通過在 2002、5305、5306皮帶機(jī)滾筒和減速器上安裝溫度振動(dòng)一體化傳感器實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件在就近位置放置無線采集儀實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯總查看，并通過光纖通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊厥疫M(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和上位機(jī)顯示以及管理，最終實(shí)現(xiàn)了2002、5305、5306皮帶輸送設(shè)備運(yùn)行的安全檢測(cè)與安全預(yù)警。

2）通過在 2002、5305、5306 皮帶機(jī)機(jī)頭機(jī)尾、驅(qū)動(dòng)5605灰分儀，汽運(yùn)裝車等關(guān)鍵位置安裝防爆攝像儀并通過光纖環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)圖像上傳，對(duì)原工業(yè)電視模擬系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用視頻綜合平臺(tái)替換老化的矩陣，實(shí)現(xiàn)大屏顯示及畫面分割，安裝新的硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻畫面的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵設(shè)備與關(guān)鍵過程的視頻監(jiān)控。

3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，2002、5305、5306 皮帶機(jī)由原本的3位皮帶司機(jī)變更為1位巡檢人員，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人值守。

圖8 上位機(jī)溫度振動(dòng)列表值及溫度歷史曲線

5 結(jié)論

本項(xiàng)目于2018年11月完成安裝調(diào)試并投入使用，升級(jí)后的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗煤廠關(guān)鍵設(shè)備、關(guān)鍵部位的設(shè)備監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)2202、5305、5306皮帶輸送設(shè)備運(yùn)行的安全檢測(cè)和安全預(yù)警，實(shí)現(xiàn)了對(duì)皮帶機(jī)關(guān)鍵設(shè)備如滾筒、減速器、關(guān)鍵過程如皮帶啟動(dòng)、煤量情況的視頻監(jiān)控和智能告警提示，并具備存儲(chǔ)、調(diào)閱功能。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后，現(xiàn)場(chǎng)由原本的3位皮帶司機(jī)改為1位巡檢人員，之前的人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量溫度和振動(dòng)數(shù)據(jù)變?yōu)樵谥蛋嗍疑衔粰C(jī)查看操作，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的無人值守。