馬 文

(太原重工股份有限公司 技術(shù)中心 礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室，山西 太原 030024)

0 引言

隨著信息技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，IT和OT技術(shù)的不斷融合，越來越多的智能化技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。但是在冶金行業(yè)，冶金起重機(jī)的智能化技術(shù)尚處于剛開展的應(yīng)用過程中[1]。為降低現(xiàn)場工人的勞動強(qiáng)度，改善現(xiàn)場設(shè)備的操作環(huán)境，同時為加快推進(jìn)冶金起重機(jī)的智能化應(yīng)用進(jìn)程，針對國內(nèi)某鋼廠設(shè)計了無人智能冶金起重機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以實時監(jiān)測設(shè)備運行、火災(zāi)報警、人員入侵、滑線打火、人員上下車檢測、司機(jī)人臉識別、軌道異物檢測、吊具跟隨等功能，還可以實現(xiàn)對告警事件上報、統(tǒng)計，保障設(shè)備的安全運行，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于焦化、礦山等其他行業(yè)，為大型設(shè)備的遠(yuǎn)程操作、自動運維提供可靠服務(wù)。

1 無人智能冶金起重機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要具備冶金起重機(jī)遠(yuǎn)程操作的實時視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、人員檢測、火災(zāi)監(jiān)測、異常監(jiān)測上報等功能，結(jié)合冶金起重機(jī)在車間內(nèi)的工作范圍、工作流程、工作環(huán)境規(guī)劃設(shè)計視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、工作模式、使用環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)接口、數(shù)據(jù)交互、事件記錄和上報、系統(tǒng)管理等；結(jié)合冶金起重機(jī)的應(yīng)用場景來設(shè)計系統(tǒng)容量、技術(shù)指標(biāo)、軟硬件功能等指標(biāo)，而且還要根據(jù)視頻系統(tǒng)的各項功能輸出情況設(shè)計視頻系統(tǒng)和起重機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互接口，為起重機(jī)的控制系統(tǒng)輸出各項事件的告警、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)視頻系統(tǒng)的各項功能。

1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計

圖1為冶金起重機(jī)工作現(xiàn)場，通過對用戶現(xiàn)場起重機(jī)工作范圍進(jìn)行現(xiàn)場實地測繪，設(shè)計了視頻系統(tǒng)的實施范圍。

圖1 冶金起重機(jī)工作現(xiàn)場

單臺起重機(jī)需要一套獨立的系統(tǒng)，稱為車上系統(tǒng)，地面廠房部分需要一套獨立的系統(tǒng)，稱為地面系統(tǒng)。視頻系統(tǒng)分車上系統(tǒng)和地面系統(tǒng)兩部分，每個系統(tǒng)由獨立的主機(jī)完成信息的采集、處理、存儲和顯示。同時，每個系統(tǒng)都要預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，以便可以和起重機(jī)主系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)交換。

車上系統(tǒng)需要具備吊具視頻跟隨、軌道異物監(jiān)測、減速機(jī)溫度監(jiān)測、電氣室火災(zāi)監(jiān)測、滑線集電器打火監(jiān)測、高壓室關(guān)鍵部位溫度監(jiān)測、人員上下行車監(jiān)測等功能。地面系統(tǒng)需要滿足工位視頻跟隨功能。視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

無人智能起重機(jī)的控制方式分為司機(jī)室控制和一鍵巡航、遠(yuǎn)程控制和自動運行，這兩種控制模式均要求視頻系統(tǒng)實現(xiàn)視頻跟隨和自動切換，要實時顯示地面視頻和車上視頻。

本系統(tǒng)中單臺起重機(jī)配備3臺球機(jī)(球機(jī)全稱為球型攝像機(jī)，其集彩色一體化攝像機(jī)、防護(hù)罩等多功能于一體，可設(shè)置多個預(yù)置位，水平方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)，垂直方向-15°、-90°旋轉(zhuǎn))用于吊鉤跟蹤、4臺筒機(jī)(筒型攝像機(jī)用于固定位置的人員和異物偵測)用于軌道人員和物體監(jiān)測、2臺筒機(jī)用于操作人員上下行車監(jiān)測。電氣室和高壓室使用熱成像攝像機(jī)監(jiān)測實時溫度。熱成像精確測溫筒機(jī)用于減速機(jī)測溫和滑線集電器打火監(jiān)測。司機(jī)室配備一臺人臉識別一體機(jī)，用于駕駛員身份識別。車上系統(tǒng)硬件連接如圖3所示。

圖3 車上系統(tǒng)硬件連接

地面系統(tǒng)使用45臺筒機(jī)進(jìn)行視頻監(jiān)控，跟隨起重機(jī)的位置進(jìn)行不同工位視頻顯示。地面系統(tǒng)硬件連接如圖4所示。

圖4 地面系統(tǒng)硬件連接

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

1.2.1 掛鉤跟隨

主控系統(tǒng)通過SDK對接球機(jī)，起重機(jī)作業(yè)時系統(tǒng)根據(jù)吊鉤的位置調(diào)用對應(yīng)球機(jī)的預(yù)置位，完成對吊鉤的實時觀察。

1.2.2 人員入侵監(jiān)測

當(dāng)有活動目標(biāo)進(jìn)入布防區(qū)域時，監(jiān)測設(shè)備開始監(jiān)測活動目標(biāo)，產(chǎn)生防范報警事件，并將事件上報給中心平臺；綜合安防管理平臺報警系統(tǒng)接收到事件后，可進(jìn)行事件查看，并通過平臺的聯(lián)動模塊配置不同的聯(lián)動方式。其中，視頻防范會將報警事件發(fā)到智能分析設(shè)備進(jìn)行分析，判斷是否有人后再上報給平臺。人員入侵上報流程如圖5所示。

圖5 人員入侵上報流程

1.2.3 告警聯(lián)動

遠(yuǎn)控中心平臺收到用戶的報警信息后，顯示報警的同時通過平臺配置能自動彈出報警所發(fā)生區(qū)域的現(xiàn)場圖像進(jìn)行視頻復(fù)核，復(fù)核時可打開聲音監(jiān)聽現(xiàn)場環(huán)境，打開對講與現(xiàn)場人員通話，使值班人員可以更全面、詳細(xì)地查看，進(jìn)行報警核實，幫助中心管理人員正確迅速地判斷是否需要出警及如何處警[2]。

1.2.4 熱成像溫度監(jiān)測

通過熱成像攝像機(jī)將設(shè)備溫度推送給平臺，平臺記錄溫度信息，形成設(shè)備溫度臺賬，以溫度曲線的方式進(jìn)行呈現(xiàn)。監(jiān)測溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比對，溫度異常時，將溫度異常情況(高溫、低溫)和溫度異常點通過圖片的方式推送給監(jiān)管人員，由監(jiān)管人員根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行處置。熱成像溫度監(jiān)測流程如圖6所示。

圖6 熱成像溫度監(jiān)測流程

1.3 數(shù)據(jù)交互接口

地面系統(tǒng)和車上系統(tǒng)完成單個系統(tǒng)功能后，需要設(shè)計安全、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)交互接口，以及用戶和主控系統(tǒng)以及整個工廠上層管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

視頻系統(tǒng)采用?？禈?biāo)準(zhǔn)接口SDK接口，支持C#、C++、JAVA語言進(jìn)行調(diào)用[3]。主控系統(tǒng)采用C#語言編寫，進(jìn)行接口調(diào)用。

1.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用雙腔波導(dǎo)管雙波段冗余的并行通訊模式，并結(jié)合最新的5G技術(shù)進(jìn)行冗余設(shè)計。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

圖7為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用效果。視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了起重機(jī)遠(yuǎn)程操作、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等功能，取得了非常好的效果。

圖7 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用效果

3 結(jié)語

本文為某鋼廠設(shè)計的無人智能冶金起重機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以幫助用戶和設(shè)備廠商實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程操作，而且能及時監(jiān)測和報告各類異常告警事件，為無人起重機(jī)的安全運行、設(shè)備的智能維護(hù)提供支持和保障，具有良好的推廣前景和應(yīng)用效果。