彭華志 陳 飛

（1.霍邱縣應(yīng)急管理局；2.馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)姑山礦業(yè)有限公司）

混裝車是具備原料運(yùn)輸、炸藥混制、炮孔填裝的機(jī)電一體化設(shè)備［1］，其本身屬于F1 類重大風(fēng)險(xiǎn)源，即正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能形成爆炸危險(xiǎn)的炸藥危險(xiǎn)場(chǎng)所。國內(nèi)外曾多次發(fā)生爆炸事故，如1998 年華登科散裝炸藥混裝車發(fā)生火災(zāi)與連續(xù)爆炸事故；2006 年利桑那露天銅礦散裝炸藥混裝車火災(zāi)爆炸事故；2013 年江西鉛山縣永平銅礦采礦場(chǎng)混裝車發(fā)生爆炸事故，每一起事故都造成了大量的人員與經(jīng)濟(jì)損失。混裝車一般為獨(dú)立封閉系統(tǒng)［2］，除操作人員外，幾乎不會(huì)有其他人員接觸，缺少相關(guān)安全部門監(jiān)管，且事故往往具有隨機(jī)性，沒有有效的偵測(cè)手段，這導(dǎo)致其安全性得不到保障。隨著國家與行業(yè)政策對(duì)重大風(fēng)險(xiǎn)源日益重視，混裝車裝備智能化監(jiān)控是未來發(fā)展的趨勢(shì)?，F(xiàn)階段，基于無線物聯(lián)網(wǎng)的混裝車的云監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)很好的解決方案，通過借助邊緣云與政務(wù)云部署，滿足監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與視頻的安全性，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，符合單點(diǎn)工作的混裝車工況特點(diǎn)。

1 云監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

云監(jiān)控系統(tǒng)功能主要滿足炸藥混裝車日常生產(chǎn)的本質(zhì)安全監(jiān)測(cè)的需要，以便提前預(yù)警潛在風(fēng)險(xiǎn)，約束不安全行為，提高安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)炸藥混裝車的特點(diǎn)［3］，設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能包括控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、影像視頻監(jiān)測(cè)與安全操作數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)3個(gè)方面內(nèi)容，能夠較為全面地對(duì)混裝車的安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)（圖1）。

（1）控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)涉及2 類常見的安全控制問題，一是輸藥管堵塞造成炸藥擠壓發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)管道壓力；另一種是機(jī)械無負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，如螺桿泵空轉(zhuǎn)、乳化器干磨等，機(jī)械摩擦產(chǎn)生熱量，形成熱點(diǎn)引發(fā)爆炸，需重點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備震動(dòng)與溫度等，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大于預(yù)警閾值時(shí)，車輛系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報(bào)警，監(jiān)控系統(tǒng)管理人員應(yīng)啟動(dòng)預(yù)警案機(jī)制，從而消除作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，阻止事故發(fā)生。

（2）視頻監(jiān)控主要分布在控制室與混裝車周邊，具有紅外測(cè)溫預(yù)警功能，當(dāng)探測(cè)區(qū)域局部溫度過高，如產(chǎn)生火苗情況等，則觸發(fā)應(yīng)急消防報(bào)警。此外，視頻監(jiān)控設(shè)定安全區(qū)域人員偵測(cè)，工作時(shí)對(duì)無關(guān)人員靠近語音告警，杜絕潛在人員流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）安全操作數(shù)據(jù)監(jiān)控將日常安全管理規(guī)范化，包括是否穿靜電服、有無打火機(jī)、有無消防安全隱患等，納入每天設(shè)備啟動(dòng)前檢查項(xiàng)目，操作人員一一確認(rèn)后通過觸摸屏勾選，并保存數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)責(zé)任制。功能組成如圖1所示。

2 云監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)組成

系統(tǒng)架構(gòu)為系統(tǒng)建設(shè)基礎(chǔ)，決定系統(tǒng)集成技術(shù)組成。監(jiān)控系統(tǒng)最常用的為經(jīng)典物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，即由感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層組成的3層結(jié)構(gòu)。隨著云服務(wù)的引入，為了符合其技術(shù)特點(diǎn)與建設(shè)需要，本云監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)基于經(jīng)典物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，形成了包括邊緣計(jì)算層、網(wǎng)絡(luò)層、政務(wù)云層、應(yīng)用層的4層架構(gòu)［4］。

邊緣計(jì)算層作為底層數(shù)據(jù)的匯集區(qū)，不僅具備感知層通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)的采集，更重要的是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、整理與關(guān)聯(lián)。在本系統(tǒng)中，邊緣計(jì)算層包含前置服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)，感知范圍包括系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)、視頻與安全操作信息等，通過對(duì)數(shù)據(jù)流篩查與分流，不僅能夠?qū)⑾到y(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳與短期存儲(chǔ)，還能夠優(yōu)先將系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)感知關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)快速接入政務(wù)云，供監(jiān)控系統(tǒng)做深層次的數(shù)據(jù)應(yīng)用，為用戶決策判斷提供依據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與視頻影像信息的安全、快速與保真?zhèn)魉?。由于混裝車一般為露天工作，很難使用有線傳輸方式。無線4G 專網(wǎng)是個(gè)很好的選擇，其網(wǎng)速最高可達(dá)到100 Mbps，且基本實(shí)現(xiàn)境內(nèi)數(shù)據(jù)全覆蓋，不僅可以保證監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，而且對(duì)視頻與數(shù)據(jù)帶寬分配后，滿足2種數(shù)據(jù)類型傳輸且互不干擾。

政務(wù)云與普通商業(yè)云服務(wù)原理相同，只是由于炸藥混裝車數(shù)據(jù)管制車輛，需要放在政務(wù)云上保證其數(shù)據(jù)安全。在監(jiān)控系統(tǒng)中，政務(wù)云主要作為數(shù)據(jù)與視頻的存儲(chǔ)空間與運(yùn)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件，不僅可以滿足海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，而且由于應(yīng)用軟件配置在云服務(wù)器上，其運(yùn)行更加穩(wěn)定，響應(yīng)速度也更快。

應(yīng)用層即根據(jù)系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)，主要的功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混裝車炸藥運(yùn)維安全，對(duì)預(yù)警信息快速指揮調(diào)度，對(duì)發(fā)生事故的車輛聯(lián)動(dòng)救援，將安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。云監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

炸藥混裝車數(shù)據(jù)采集為典型的C/S 結(jié)構(gòu)，即服務(wù)器—客戶機(jī)的2 層結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，服務(wù)器對(duì)應(yīng)混裝車操作系統(tǒng)客戶端主機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)混裝工藝全過程控制，具備關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、報(bào)警與矯正等比較完整的數(shù)據(jù)源，具備數(shù)據(jù)系統(tǒng)外部服務(wù)管理的功能?？蛻魴C(jī)對(duì)應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)混裝車的安全監(jiān)控與用戶信息交互。

C/S 結(jié)構(gòu)的建立，最重要的是建立數(shù)據(jù)信道，決定著采集系統(tǒng)的整體性能。在工程上，常見的混裝車的數(shù)據(jù)信道有2種，一種是面向工控軟件系統(tǒng)自帶的后端數(shù)據(jù)接口OPC 進(jìn)行讀取，主要原理是通過OPC 的sever 與client通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，繼而通過標(biāo)準(zhǔn)開放數(shù)據(jù)庫ODBC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行互連存儲(chǔ)，最后匯集到云服務(wù)器。其特點(diǎn)在于配置使用方便，二次開發(fā)成本低，但由于數(shù)據(jù)通訊過程涉及軟件接口較多，導(dǎo)致實(shí)時(shí)性略有延遲。另外一種則是面向PLC-DB 直接讀取數(shù)據(jù)，即通過控制器的DB 塊通訊，建立數(shù)據(jù)流通道，存入時(shí)序數(shù)據(jù)庫，在接入云服務(wù)器。其特點(diǎn)在于現(xiàn)場(chǎng)采集工作簡單，數(shù)據(jù)可靠且可維護(hù)性強(qiáng)，但開發(fā)成本略高。圖3為2種采集方式結(jié)構(gòu)原理。

炸藥混裝車安全響應(yīng)時(shí)間短，事故危害性大，野外作業(yè)環(huán)境惡劣，應(yīng)采用獨(dú)立可靠的采集方式。相比之下，基于PLC-DB 采集方式則更加適合炸藥混裝車監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需求。

3.2 云服務(wù)技術(shù)

云服務(wù)技術(shù)是通過將系統(tǒng)中的軟硬件與網(wǎng)絡(luò)等資源整合起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算、存儲(chǔ)、處理和共享的一種托管技術(shù)，以其便捷性、安全性與可靠性而廣泛應(yīng)用。本監(jiān)控系統(tǒng)采用邊緣云—政務(wù)云的服務(wù)架構(gòu)，邊緣云是實(shí)時(shí)性與針對(duì)性監(jiān)控服務(wù)的關(guān)鍵，通過將數(shù)據(jù)與視頻信息匯聚在邊緣云，同時(shí)通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)監(jiān)控信息分類標(biāo)識(shí)，對(duì)敏感性數(shù)據(jù)分層，同時(shí)支撐現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警服務(wù)，最后通過時(shí)序數(shù)據(jù)庫將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)接政務(wù)云。政務(wù)云可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署，減少硬件配置與日常運(yùn)維工作，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行速度，最大程度保證數(shù)據(jù)安全。

3.3 監(jiān)控預(yù)警技術(shù)

炸藥混裝車安全防范等級(jí)高，快速的預(yù)警與及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施可以最大程度上減少事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的安全監(jiān)管主要依靠車輛工作人員的觀察判斷，受到很多限制，在實(shí)際工作中難以全方位的顧及到各類風(fēng)險(xiǎn)。本系統(tǒng)采用2級(jí)監(jiān)控預(yù)警技術(shù)，即將同一車輛面向2 個(gè)層級(jí)監(jiān)管人員，實(shí)現(xiàn)多角度、多頻次與多人員的監(jiān)控方式。一級(jí)監(jiān)控來源于現(xiàn)場(chǎng)管理，工作人員可以通過邊緣服務(wù)器及時(shí)感知預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)，即將未知風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變成預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)報(bào)警信息快速做出反應(yīng)。第二級(jí)為遠(yuǎn)程云監(jiān)控，接入礦山調(diào)度總控平臺(tái)，工作人員發(fā)生預(yù)警信息后，可以第一時(shí)間了解情況，調(diào)度人員解決風(fēng)險(xiǎn)問題。2 級(jí)監(jiān)控預(yù)警對(duì)于日常隱患風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)、應(yīng)急指揮調(diào)度具有重要作用。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

隨著民爆行業(yè)“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”的推進(jìn)，炸藥混裝車云監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)也得到了越來越多的關(guān)注。本系統(tǒng)在BCHR-15型號(hào)的乳化炸藥混裝車上進(jìn)行了改造建設(shè)，這款混裝乳化炸藥車采用DCS 系統(tǒng)集中控制技術(shù)，全智能化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具備基質(zhì)泵送、敏化、裝填于一體，主要應(yīng)用在礦山爆破裝藥機(jī)械作業(yè)。改造涉及以下內(nèi)容。

（1）對(duì)混裝車動(dòng)力輸出系統(tǒng)、基質(zhì)料倉及輸送系統(tǒng)、敏化系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、連續(xù)裝填系統(tǒng)、水氣沖洗系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)基于PLC-DB 方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（2）配置感知攝像頭、相關(guān)傳感器與服務(wù)器，對(duì)相關(guān)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、清洗與定義，建立各系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)向量集與參數(shù)閾，建立邊緣云服務(wù)。

（3）安裝4G無線模塊，搭建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。

（4）實(shí)現(xiàn)政務(wù)云存儲(chǔ)與應(yīng)用配置，開發(fā)監(jiān)控軟件功能，并通過數(shù)據(jù)接口對(duì)接中控監(jiān)控平臺(tái)。

系統(tǒng)上線后，在某爆破現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行3 個(gè)月，不僅帶動(dòng)相關(guān)工作人員也積極參與系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)研究與改進(jìn)，推動(dòng)系統(tǒng)不斷完善調(diào)整，而且很大程度上提高工作人員安全隱患防護(hù)意識(shí)，受到車輛歸屬管理單位與爆破礦區(qū)的歡迎。

5 結(jié) 論

（1）從控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、影像視頻監(jiān)測(cè)與安全操作數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)3個(gè)方面對(duì)混裝車易發(fā)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，提煉了系統(tǒng)關(guān)鍵監(jiān)控參數(shù)，設(shè)計(jì)出監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)，為監(jiān)控應(yīng)用軟件開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

（2）基于經(jīng)典物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，形成了包括邊緣計(jì)算層、網(wǎng)絡(luò)層、政務(wù)云層、應(yīng)用層的4層架構(gòu)的云監(jiān)控系統(tǒng)，更加適應(yīng)混裝車的作業(yè)特點(diǎn)，對(duì)于系統(tǒng)方案建設(shè)與實(shí)施具有重要意義。

（3）討論了面向 OPC 與 PLC-DB 的 2 種數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，確定了后者為更好的解決方案；提出構(gòu)建邊緣云—政務(wù)云的云服務(wù)結(jié)構(gòu)，讓監(jiān)控系統(tǒng)更加智能；提出2 級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，有利于安全監(jiān)管機(jī)制的協(xié)同化、多樣化與責(zé)任化。