基于煤礦固定場所的智能視頻巡檢系統設計

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的不斷成熟，對煤礦安全生產的要求不斷提高，目前國內許多煤礦都安裝建立了工業電視監控系統。工業電視監控系統的應用為礦井安全生產監控、生產調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是一種全新的視頻監控系統，主要應用于煤礦井下水泵房、變電所、避難硐室、地面車房等區域。礦井傳統的工業電視監控系統以固定攝像儀為主，用于對固定區域場景或設備進行監視，無法做到對固定區域內所有設備進行巡檢，監控設備無法自動移動；而智能視頻巡檢系統能夠解決傳統工業電視監控系統存在的弊端，因此在煤礦固定區域安裝智能視頻巡檢系統顯得尤為必要。

1 工作原理

智能視頻巡檢[1]裝置具備移動定位功能，利用二維坐標定位系統，通過控制軟件或預先設置的設備坐標，與控制程序相結合，智能視頻裝置可準確定位至預定位置。在需要操作設備前，觸發啟動命令，智能巡檢裝置可自動移動至設備附近，監視設備的啟動過程；在設備運行過程中出現故障報警時，智能巡檢裝置可自動移動到報警位置，為調度指揮提供決策依據。

2 系統組成

如圖1所示，固定場所的智能視頻巡檢系統主要由地面監控中心、數據傳輸部分、現場監控單元和視頻巡檢裝置等組成。

圖1 智能視頻巡檢系統組成

2.1 地面監控中心

地面監控中心設置在煤礦調度中心，主要設備包括工作站、多屏顯示器、語音報警裝置、組態軟件等設備。通過畫面實時監視系統智能視頻巡檢裝置移動位置和運行參數狀態；同時可實時顯示固定場所內視頻圖像。

2.2 數據傳輸部分

利用光纜或工業以太網[2]進行數據傳輸。系統數據傳輸包括：視頻信號、音頻信號、控制及反饋信號。

2.3 現場監控單元

監控單元主要包括監控分站、就地控制箱、隔爆監視器、傳感器等設備。

監控分站[3]是智能巡檢裝置的控制核心，用于數據采集和智能巡檢裝置的控制，內部安裝有西門子PLC、開關量輸入/輸出模塊、模擬量模塊和通信模塊等元器件，通過開關量輸入接口、模擬量輸入接口將現場不同用途的開關量信號和傳感器的模擬量信號取入，經過PLC內部程序的處理和邏輯運算，將控制信息用開關量輸出接口輸出，控制智能巡檢裝置的開停，同時將監控數據傳送給上位機。

就地控制箱用于巡檢裝置的就地遠控切換和雙向往復移動的現場控制，內部主要安裝按鈕、轉換開關和狀態指示燈等元器件。

隔爆監視器用于現場顯示和存儲視頻圖像，內部主要安裝液晶面板、硬盤錄像機、驅動板等元器件。

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、接近開關和編碼器。限位開關用于巡檢裝置的到位保護，接近開光用于巡檢裝置的精準定位和校正，編碼器用于巡檢裝置位置的實時監測。

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、調速控制器、滑車組件等。

圖2 視頻巡檢裝置結構圖

視頻巡檢裝置兩端安裝于固定場所的巷道壁，中間導軌進行分段吊掛，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定軌道及目標軌跡進行巡視移動。同時礦用本安型球機具備拉遠、拉近及變焦功能，可根據需要進行變焦。

礦用本安型球機，高清200萬像素；支持ONVIF/GB28181標準協議；支持H.265、H.264、MJPEG等編碼協議；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，可適應大多數現場環境，同時可與其他系統進行聯動和通信。礦用本安型球機通過網線或無線傳輸，信號進入隔爆監視器后進入礦井工業以太網，可在現場隔爆監視器和地面監控中心實時顯示監控圖像。

3 控制方式

系統具備三種控制方式：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，現場操作人員根據需要以及設備狀況，通過操作就地控制箱上的按鈕，實現巡檢移動，結合隔爆監視器完成現場監視。

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

（3）自動巡檢控制：系統依據預先設定好的行駛軌跡自動執行巡檢移動，可自動實現實時預警。同時可設定巡檢頻率、巡檢周期、定時巡檢等內容，實現系統的無人干預全自動巡檢。自動化系統報警時，將信號傳輸給智能巡檢系統，其可自動移動到報警位置，進行圖像抓拍。

4 系統功能

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

（2）移動速度可調：采用防爆電機及減速機控制巡檢速度，可通過調節減速比，調整系統的巡檢速度，最高巡檢速度可達2 m/s。

（3）雙向移動、精準定位：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和編碼器[4]，可實現精準定位。

（4）智能聯動：系統采用西門子PLC進行邏輯控制，可與固定場所內其他自動化系統進行通信實現智能聯動。

（5）語音對講：礦用本安型球機具備麥克風和喇叭，可與地面中心實現語音對講。

（6）具有開放式通信接口：系統具備標準的視頻及通信接口，支持TCP/IP通信協議，可方便地接入礦井綜合自動化平臺，實現數據分析及共享。

5 結語

隨著自動化程度的逐漸提升，煤礦對視頻監控要求越來越高，對減員提效也有更多的要求。本系統建成后，能夠逐漸替代現場人員完成日常巡檢工作，切實提高工作效率和質量，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水平。該系統已在河南能源化工集團永煤公司得到應用，實踐結果表明，該系統操作靈活方便，可靠性強。