王東凱，趙 亮

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)是采用視頻影像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)等，對工業(yè)生產(chǎn)過程進行實時、可視化監(jiān)控的技術(shù)。隨著工業(yè)現(xiàn)代化、信息化的發(fā)展，工業(yè)電視監(jiān)控目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、化工機械、電力等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，取得了良好的使用效果。熱軋是一種傳統(tǒng)的軋鋼技術(shù)，經(jīng)過高溫加熱軋制而成的鋼材稱為熱軋鋼，具備應(yīng)有的機械性能，是一種市場熱銷的常用鋼材品種。尤其是當前冶金行業(yè)的軋鋼工藝講究“一火成材”，鋼在精煉后的連鑄連軋可免去二次加熱的能源消耗，可大大降低生產(chǎn)成本。熱軋生產(chǎn)具有節(jié)奏快、速度快的特點，生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境十分惡劣?，F(xiàn)場高溫帶鋼散發(fā)的高溫?zé)彷椛湟约爱a(chǎn)生高溫水汽，使生產(chǎn)人員和設(shè)備檢修人員很難近距離地監(jiān)控生產(chǎn)過程和對設(shè)備進行點檢。因此，在設(shè)備及生產(chǎn)線運行出現(xiàn)異常狀況時，人員難以及時發(fā)現(xiàn)，容易造成廢鋼和設(shè)備損壞。

現(xiàn)代工業(yè)對熱軋鋼生產(chǎn)的效率及其安全性能要求與日俱增。為了解決現(xiàn)場惡劣環(huán)境不利于人員現(xiàn)場監(jiān)控的問題，保證熱軋設(shè)備及生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行，專門開發(fā)了適用于熱軋生產(chǎn)需要的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用使生產(chǎn)與設(shè)備維護人員不用到達現(xiàn)場，在監(jiān)控室內(nèi)即可對整條生產(chǎn)線的運行情況及各種工藝參數(shù)進行全面監(jiān)控。極大地改善了人員工作環(huán)境，提高了監(jiān)控效率，有助于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障減少損失。本文對工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的組成、原理及其在熱軋生產(chǎn)中的應(yīng)用進行了探討。

1 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)用于熱軋生產(chǎn)線是一個顯著的技術(shù)進步，具有實時監(jiān)控、可靠性高、安全性高、維護性好等多個優(yōu)勢。

（1）監(jiān)控的實時性。利用工業(yè)電視系統(tǒng)的攝像采集系統(tǒng)，對生產(chǎn)情況進行實時觀察，將采集到的信息經(jīng)過轉(zhuǎn)換裝置將視頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過各類線纜進行數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)的通信符合行業(yè)最高標準，最高傳輸速率可達200Mbps，另外接收控制部分具有良好的接收性能和存儲性能，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、快速性和重復(fù)再現(xiàn)性。實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場的遠程觀察和控制。

（2）運行的高可靠性。工業(yè)電視系統(tǒng)利用有線傳輸，具有很高的抗電磁干擾、抗震、防水防塵等性能，365*24h連續(xù)運行，完全可以滿足熱軋作業(yè)等各類持續(xù)生產(chǎn)行業(yè)的監(jiān)控需求。

（3）網(wǎng)絡(luò)的高安全性。通過獨自的局域網(wǎng)性能，有效阻止外來非法訪問。設(shè)備均為安全電壓等級出入范圍，電壓的波動不會對設(shè)備造成影響，具有一定的濾波能力，防止電壓尖峰的沖擊。所用設(shè)備均采用低能耗產(chǎn)品，盡量避免設(shè)備發(fā)熱造成系統(tǒng)故障，同時不會對其他電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。

（4）系統(tǒng)的易擴展性。整個系統(tǒng)采用BNC和VGA等通用標準接口和開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，隨著生產(chǎn)實際的需求，隨時可以對系統(tǒng)的覆蓋面進行拓展和延伸，有效的保護了用戶投資。

（5）整體的易維護性。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔清晰，具備易于維護的特性，維修人員可以對整個系統(tǒng)進行靈活便捷的維修管理，包括日常監(jiān)控及系統(tǒng)配置的調(diào)整，系統(tǒng)故障處理等。

2 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的組成

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)是以視頻影像技術(shù)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的視頻監(jiān)控電子設(shè)備。整個系統(tǒng)主要有視頻影像采集系統(tǒng)、信號處理與傳輸系統(tǒng)、操作與控制部分等幾部分組成。

（1）視頻影像采集系統(tǒng)。主要是布置于現(xiàn)場的各種類型的前端攝像裝置，如防爆防塵工業(yè)攝像機、耐高溫攝像機等。前端攝像部分主要負責(zé)采集現(xiàn)場畫面圖像信號，并將這些圖像信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡筮M行傳輸。其硬件部分主要由攝像機、鏡頭、云臺、防護罩、抗干擾器、現(xiàn)場接線箱、安裝支架等部分組成。攝像采用540線水平分辨率的CCD彩色攝像機，自動光圈長焦鏡頭。為了適應(yīng)現(xiàn)場高溫、高濕的攝像環(huán)境，視頻影像采集系統(tǒng)設(shè)置了雙層不銹鋼材質(zhì)的水氣冷復(fù)合式防護罩，固定在云臺上，實現(xiàn)左右與垂直的上下90°全方位攝像。另外根據(jù)生產(chǎn)實際工況的不同，需要選擇不同類型和特點的攝像裝置。例如加熱爐選用具有耐高溫性能的爐內(nèi)攝像裝置，粗軋區(qū)域選擇耐高溫型的針孔攝像裝置，精整區(qū)域選擇防塵防干擾的工業(yè)級攝像裝置。

（2）數(shù)據(jù)信號傳輸部分。數(shù)據(jù)信號傳輸部分主要是將現(xiàn)場視頻信號傳送至本地服務(wù)器，同步將服務(wù)器內(nèi)監(jiān)控信號同步到局域網(wǎng)上，是工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的紐帶。主要包括各類視頻電纜、光纖、網(wǎng)線等。在熱軋工序中，針對不同的監(jiān)控點、監(jiān)控設(shè)備數(shù)量以及傳輸?shù)木嚯x需要選擇不同類型的線纜。一般情況下，通常選擇同軸電纜和光纜。控制信號通常選擇直接控制方式。根據(jù)我國相關(guān)的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)要求，如果傳輸距離大于300m，需要選取75-7等級同軸電纜實現(xiàn)信號的傳輸，如果傳輸距離大于500m，則需要選取光纜實現(xiàn)信號的傳輸、光纜的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在抗干擾、通信容量大、傳輸距離遠、傳輸質(zhì)量高等。在加熱爐等高溫區(qū)域應(yīng)采用耐高溫的工業(yè)電纜連接，以防止通信電纜因長期處于高溫環(huán)境下而損壞。電氣控制柜與集成控制器之間同樣采用阻燃耐高溫的同軸電纜傳輸；彩色監(jiān)視器與集成控制器之間使用視頻電纜。同時選用4路、8路、16路數(shù)字單模光端機，以完成各路的視頻傳輸。

（3）控制部分。視頻監(jiān)控控制部分是整個系統(tǒng)的控制核心，主要由操作鍵盤、視頻切換矩陣、硬盤錄像機、畫面分割合成器、視頻分配器等組成。其中操作鍵盤是人員對視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行操作的設(shè)備，人員可通過鍵盤執(zhí)行監(jiān)控畫面分割、調(diào)取、切換等相關(guān)操作，以達到相關(guān)的使用目的；視頻切換矩陣、畫面分割合成器主要用于幫助監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)視頻畫面切換的相關(guān)操作；硬盤錄像機是系統(tǒng)對現(xiàn)場畫面進行錄制、存儲的設(shè)備，其性能主要與該設(shè)備的分辨率、存儲空間大小等有關(guān)。一般多采用具有主、輔兩個音視頻輸出通道的高清智能硬盤錄像機，防止設(shè)備突然故障，視頻丟失等情況發(fā)生。本系統(tǒng)具有智能化、自動化錄制保存的功能。

（4）視頻顯示部分。視頻顯示部分一般由幾臺或者多臺監(jiān)視器（或帶視頻輸入的普通液晶電視機）組成。它的功能主要是將傳輸過來的視頻畫面圖像一一進行顯示。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，特別是由多臺攝像裝置組成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，一般都不是一臺監(jiān)視器對應(yīng)一臺攝像裝置進行顯示，而是幾臺攝像裝置的圖像信號用一臺監(jiān)視器輪流切換顯示，這樣做既可以節(jié)省設(shè)備，減少設(shè)備占用空間，也可以減少操作次數(shù)，提高工作效率。顯示器尺寸大小可根據(jù)生產(chǎn)監(jiān)控的需要靈活選用，應(yīng)以性能可靠、美觀實用為主。其他的如電視控制柜等主要為監(jiān)控系統(tǒng)的各硬件設(shè)備提供防塵、防水、防潮、防腐、防振動和碰撞等相關(guān)保護功能。

3 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

在熱軋生產(chǎn)線中，對于加熱爐的運行狀況是視頻監(jiān)控的內(nèi)容之一，主要依靠具有耐高溫性能的爐內(nèi)攝像機來實現(xiàn)。在加熱爐操作室內(nèi)，通過操作控制器將攝像儀探測裝置伸入到爐內(nèi)，可由攝像儀器中的針孔鏡頭攝取爐內(nèi)視頻畫面并形成電子視頻信號。電子視頻信號通過轉(zhuǎn)換后形成可供顯示器視頻播放的視頻信號。坐在加熱爐監(jiān)控操作室內(nèi)的人員即可通過監(jiān)控畫面實時監(jiān)控了解加熱爐內(nèi)的爐況。工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)由加熱爐操作室UPS不間斷長期供電；爐內(nèi)攝像機的伸進、退回則由操作室內(nèi)的人員通過遙控器直接控制。

監(jiān)控攝像機鏡頭具有廣角度攝像功能，攝像機與鏡頭安裝在探頭保護罩內(nèi)，通過耐高溫鏡頭伸進爐內(nèi)攝取爐內(nèi)圖像。監(jiān)控系統(tǒng)具有高溫自動保護功能，由PLC和熱電阻進行控制。熱電阻安裝在探頭內(nèi)，檢測鏡頭前端溫度和采集攝像頭周邊溫度，以確保攝像頭始終處于適宜的溫度環(huán)境下工作。當監(jiān)測環(huán)境溫度大于90℃時，自動退出裝置的溫度傳感器會發(fā)送溫度信號給系統(tǒng)；控制系統(tǒng)便會發(fā)出退出指令給自動退出裝置，控制電動機驅(qū)動鏈條傳動裝置，帶動攝像機和鏡頭從加熱爐內(nèi)退回。攝像機采集的爐內(nèi)圖像視頻信號傳送至加熱爐操作室的屏幕監(jiān)控畫面上，根據(jù)監(jiān)控需要可對爐內(nèi)畫面按照入爐、爐中、出爐、爐底四個畫面進行分割顯示?？刂剖冶O(jiān)控人員通過監(jiān)控畫面可以實時觀察爐內(nèi)火焰燃燒情況、鋼坯加熱運行情況以及爐渣堆積情況等，從而及時了解整個加熱爐的工藝情況，及時發(fā)現(xiàn)鋼坯溫度不均等異常爐況，并據(jù)此調(diào)整加熱參數(shù)和判斷是否回爐加熱。同時，圖像信號通過視頻分配放大器連接至嵌入式硬盤錄像機錄像。當鋼坯在出坯過程中出現(xiàn)異常情況時，這些視頻畫面和回放便會成為事故分析的最主要依據(jù)，從而避免鋼坯質(zhì)量問題和故障停機等問題的重復(fù)發(fā)生。

4 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)在熱軋生產(chǎn)中的應(yīng)用

在熱軋生產(chǎn)中，通過工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)可以以視頻畫面的方式，實時監(jiān)控加熱爐以及整條熱軋生產(chǎn)線的運行情況。其實時、直觀的監(jiān)控效果對熱軋生產(chǎn)線的工藝運行和自動控制起著至關(guān)重要的作用。

（1）對加熱爐以及其它生產(chǎn)重點部位的監(jiān)控。加熱爐是熱軋生產(chǎn)線的重點部位之一，對熱軋產(chǎn)品的質(zhì)量控制起著重要作用。視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過對加熱爐爐前、爐內(nèi)、爐尾的視頻監(jiān)控，有效保證了熱軋生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)運行和熱軋鋼坯的質(zhì)量。其中，爐前監(jiān)控主要為了觀察坯料加熱及運行狀態(tài)，監(jiān)視爐內(nèi)坯料運行實際情況是否與自動化工藝數(shù)據(jù)和曲線相符。如果發(fā)現(xiàn)兩者不相符，則可通過坯料控制系統(tǒng)提前出鋼，或是采用短延遲或長延遲出鋼。爐內(nèi)爐渣的堆積情況由爐內(nèi)專門用于監(jiān)控爐渣的攝像機進行監(jiān)控。如果發(fā)生爐渣不正常堆積的情況，操作人員則可監(jiān)控畫面的指導(dǎo)下，遠程控制刮渣爪清除堆積的爐渣。爐尾監(jiān)控主要用于監(jiān)視裝鋼機的運行軌跡，通過遠程糾偏系統(tǒng)控制裝鋼臂，對裝鋼時鋼坯的偏移進行糾正，以避免鋼坯傾斜、不正常撞鋼等事故的發(fā)生。監(jiān)控系統(tǒng)通過對加熱爐火焰狀況的觀察，結(jié)合燃燒工藝參數(shù)，可以對空氣、煤氣的輸出比例進行控制。黃白色火焰說明空氣量較多；出現(xiàn)黑煙則說明煤氣輸出量過多。通過對煤氣、空氣比例的遠程控制調(diào)整可使火焰達到最佳的燃燒狀態(tài)。對于軋機區(qū)域的監(jiān)控，需要實時監(jiān)控，而且要求對重點部位比如軋機導(dǎo)槽、翻鋼裝置等關(guān)鍵部位進行精確監(jiān)控，而且周圍環(huán)境比較惡劣，采用耐高溫、防塵、抗干擾的針孔攝像裝置，最大程度的實現(xiàn)監(jiān)控的實用和高效性能。對于精整收集區(qū)域，要求光角監(jiān)控，采用360度可旋轉(zhuǎn)工業(yè)級攝像裝置，保證監(jiān)控?zé)o死角，避免操作事故的發(fā)生。通過工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)對整個熱軋生產(chǎn)線流程及其他輔助生產(chǎn)的工作場所進行24h連續(xù)不間斷地監(jiān)控，并根據(jù)用戶需求對監(jiān)控畫面進行切換和回放。

（2）對生產(chǎn)操作人員提供有力支撐。隨著各種工業(yè)自動化設(shè)備的應(yīng)用，遠程控制已成為對工藝參數(shù)進行調(diào)整的主要方式。人員坐在控制室內(nèi)看看畫面、動動鼠標，即可實現(xiàn)對各種工藝參數(shù)的調(diào)整。在這種生產(chǎn)條件下，視頻監(jiān)控系統(tǒng)則可以為生產(chǎn)人員提供實時可靠的視頻畫面，提高了信息傳遞的速度和準確性。在熱軋生產(chǎn)線中，除了加熱爐之外，粗軋機出入口、精整收集區(qū)域等部位均設(shè)置了監(jiān)控探頭，可使人員對整條生產(chǎn)線進行監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，操作室人員可以遠程操控或是指揮現(xiàn)場人員及時處置，以避免重大生產(chǎn)和設(shè)備事故的發(fā)生。

（3）為事故分析提供可靠的現(xiàn)場視頻依據(jù)。工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)除了具有視頻在線監(jiān)控功能之外，還有錄像及回放功能，錄像時長根據(jù)系統(tǒng)的硬盤存儲空間而定。系統(tǒng)錄像具有動態(tài)檢測錄像、定期錄像、手動錄像、畫面切換錄像等方式。管理人員可根據(jù)需要，按照視頻通道、攝像機編號、錄像時間日期等對錄像數(shù)據(jù)進行檢索；并可以采用快進、慢放、放大、抓拍等方式對視頻進行回放；并可對錄像文件進行備份和刪除。在實際應(yīng)用中，通過視頻回放可以為事故分析提供可靠的現(xiàn)場視頻依據(jù)，還原事故的第一現(xiàn)場和事故經(jīng)過。從而幫助人員分析和掌握事故經(jīng)過，通過采取相應(yīng)措施避免同類事故的再次發(fā)生。

5 熱軋監(jiān)控系統(tǒng)的日常維護

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)是24h連續(xù)不間斷的電子設(shè)備，而且工作環(huán)境比較惡劣。工作現(xiàn)場面臨著高溫、粉塵、油污等環(huán)境因素的污染及危害。因此應(yīng)在使用中精心維護，做好對設(shè)備防塵、防高溫、防震動的檢查和保持電源的穩(wěn)定可靠。

（1）清潔化。現(xiàn)場粉塵油污較多，時間久了容易造成鏡頭不清，從而影響影像輸出的清晰度。應(yīng)定期清理防護罩，保證圖像清晰。

（2）防高溫。設(shè)置在現(xiàn)場高溫環(huán)境下攝像點的連接線纜由于高溫環(huán)境的影響，容易老化和損壞，應(yīng)重點檢查。發(fā)現(xiàn)線纜有裂隙或破損的，予以及時更換。

（3）防震動?，F(xiàn)場的攝像機在現(xiàn)場設(shè)備震動的長期影響下，容易出現(xiàn)位置偏差，使攝像機偏離原來的拍攝點。對此應(yīng)定期檢查，及時予以調(diào)整和固定。

（4）穩(wěn)定電源。視頻監(jiān)控系統(tǒng)常見的問題主要有：無圖像輸出、圖像質(zhì)量不好。無圖像輸出的問題多是由于通信故障引起的。此問題主要應(yīng)檢查電源、電纜接頭，是否存在電壓不正?；螂娎|接頭接觸不良的問題。圖像質(zhì)量不好的原因比較多，比如電源電壓不穩(wěn)、通信線纜接頭接觸不良、光圈調(diào)整不良、鏡頭積塵嚴重、攝像機附近有干擾源等問題，都有可能造成圖像質(zhì)量不佳，影響人員監(jiān)控。對此，可逐一排查以消除故障。

6 系統(tǒng)效益

工業(yè)電視的閉路監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用使生產(chǎn)與設(shè)備維護人員不用到達現(xiàn)場，在監(jiān)控室內(nèi)即可對整條生產(chǎn)線的運行情況及各種工藝參數(shù)進行全面監(jiān)控。企業(yè)管理者和生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)可以通過局域網(wǎng)實時掌握并控制生產(chǎn)情況，還可以調(diào)取近期生產(chǎn)歷史監(jiān)控畫面對事件進行回溯，不僅能夠直觀的監(jiān)視和記錄工作現(xiàn)場的安全生產(chǎn)情況，而且能夠及時發(fā)現(xiàn)安全事故隱患，防患于未然，對于事故的事后重現(xiàn)和分析提供關(guān)鍵的圖像，極大地改善了人員工作環(huán)境，從而提升軋鋼生產(chǎn)管理的科學(xué)化、信息化、現(xiàn)代化水平，具有相關(guān)可觀的使用意義的經(jīng)濟效益。

7 結(jié)語

工業(yè)電視的閉路監(jiān)控系統(tǒng)是一種安全可靠、實時快速的現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)，它可以代替工人，實時觀察到人眼無法觀察到的地方，真實地反映出處于昏暗、高溫和危險位置的被監(jiān)視對象的近距離狀況。其在熱軋鋼生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用，不僅大大提高了現(xiàn)場操作和設(shè)備維護人員的工作效率和工作質(zhì)量，也為安全生產(chǎn)提供了可靠保障。為工業(yè)電視監(jiān)控的全面推廣打下了堅實基礎(chǔ)。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化和計算機技術(shù)的不斷更新和創(chuàng)新，工業(yè)電視監(jiān)控技術(shù)一定能夠日臻完善，得到廣泛的推廣和應(yīng)用。由于本人從事相關(guān)工作時間較短，對工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)鉆研和知識掌握的程度極為有限，文中難免出現(xiàn)紕漏，望廣大同仁予以指導(dǎo)雅正。自己也將通過工業(yè)監(jiān)控課題的研究，獲取更新的專業(yè)知識，掌握更多的專業(yè)技術(shù)。