全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)在選煤廠的應用

張 平

(西山煤電集團 新產(chǎn)業(yè)局， 山西 太原 030053)

視頻監(jiān)控在其發(fā)展過程中，由早期的模擬視頻監(jiān)控發(fā)展到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控經(jīng)歷了3個階段。第一階段模擬視頻監(jiān)控，由攝像機、視頻切換矩陣、監(jiān)視器、錄像機組成，適用范圍小，圖像質(zhì)量差，無法與信息系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，不易擴展，傳輸距離短，難以實現(xiàn)遠程訪問；第二階段多媒體微機平臺(嵌入式系統(tǒng))數(shù)字視頻監(jiān)控，由模擬攝像機、各類采集設(shè)備、PC工控機、采集卡組成，PC前端處理較為復雜、成本高、布線復雜，環(huán)境適應能力差，可靠性不高；第三階段基于嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控服務器技術(shù)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，由網(wǎng)絡(luò)攝像機、交換機、匯集交換機、磁盤陣列、綜合平臺、顯示器組成，與第一、二階段相比具有明顯的優(yōu)勢：可實現(xiàn)圖像傳輸、遠程控制，現(xiàn)成信號采集、擴展能力強，可靠性高、環(huán)境適應能力強，軟件擴展升級方便，使用簡單。東曲礦選煤廠位于古交礦區(qū)，年入洗能力300萬t，原監(jiān)控系統(tǒng)采用的是模擬視頻監(jiān)控，對生產(chǎn)區(qū)域的監(jiān)控盲區(qū)比較多，已無法滿足對生產(chǎn)全過程的監(jiān)視與控制；設(shè)備老化較嚴重導致圖像缺失、丟失；監(jiān)控軟件無法把模擬信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號傳輸?shù)娇刂浦行模槐O(jiān)控畫面顯示時有時無，不能正常運行，這些因素嚴重影響了生產(chǎn)現(xiàn)場運行情況的及時掌握及工作效率。因此，擬用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)對該選煤廠視頻監(jiān)控進行改造，以便更好地為安全生產(chǎn)服務，最大化地實現(xiàn)無人值守、少人值守的運行管理模式。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點

1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1. 全系統(tǒng)分為：前端監(jiān)控資源信號采集、多類型交換機進行視頻傳輸、后端磁盤陣列進行錄像存儲、綜合平臺分析管理、大屏監(jiān)視器顯示5部分。整個系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控架構(gòu)，前端都采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像機進行視頻采集，通過攝像機的網(wǎng)絡(luò)端口直接接入到生產(chǎn)車間的自建局域網(wǎng)，傳輸?shù)胶蠖诉M行集中存儲和管理。傳輸主干網(wǎng)采用千兆光纖網(wǎng)，后端通過磁盤陣列和綜合平臺完成整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集中預覽、控制、管理、存儲以及視頻分發(fā)等功能。

1) 前端監(jiān)控資源采集，利用不銹鋼制作的防爆防水網(wǎng)絡(luò)攝像機和槍機式攝像技術(shù)采集視頻信號，對生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的盲區(qū)進行全面覆蓋。前端攝像機信號通過網(wǎng)絡(luò)RG45接口轉(zhuǎn)換為光纖信號連接到硬盤錄像機、圖像解碼器、視頻服務器上，以此完成對生產(chǎn)現(xiàn)場原信號的采集跟收集。

2) 智能圖像識別是選煤智能化系統(tǒng)機器視覺系統(tǒng)的重要組成部分，它是以現(xiàn)場安裝工業(yè)攝像機、光源、內(nèi)部板卡(內(nèi)置分析軟件)或機器視覺傳感器替代現(xiàn)場操作人員進行現(xiàn)場信號識別。由Ivms-8700智能視頻綜合平臺對系統(tǒng)內(nèi)前端監(jiān)控設(shè)備運行狀況遠程監(jiān)視和控制，并以各種圖表的形式進行實時顯示，對磁盤陣列里保存的視頻圖像資料進行檢索、回放、主要特征識別、智能分析、解碼控制，經(jīng)二次分析處理后輸出到終端顯示器進行報警提示。

圖1 全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3) 通過對現(xiàn)場設(shè)備視頻采集的信號與選煤廠集中控制PLC系統(tǒng)設(shè)備故障關(guān)聯(lián)，對相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的故障進行相應的視頻信號顯示，幫助調(diào)度臺監(jiān)控人員快速做出判斷，保證選煤生產(chǎn)的順利進行。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)特點

1) 此系統(tǒng)采用國際上技術(shù)先進、性能優(yōu)良、工作穩(wěn)定的監(jiān)控設(shè)備，使整個系統(tǒng)的應用在相當長的一段時間內(nèi)保持領(lǐng)先的水平。具有長時效的先進性。

2) 此系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)備選型、軟硬件配置到系統(tǒng)施工的全過程依據(jù)可靠性的原則，支持集群和Rose熱備部署并采用錯誤自動發(fā)現(xiàn)及恢復技術(shù)保證發(fā)揮其有效的作用。具有多層次的可靠性保障。

3) 此系統(tǒng)操作靈活方便，人機界面友好，易于掌握，操作人員能夠很方便地進行使用及維護，使整個系統(tǒng)的功能得以最大的實現(xiàn)。具有高效的系統(tǒng)運維與便捷的操作特性。

4) 此系統(tǒng)設(shè)備采用模塊式結(jié)構(gòu)，留有充分的余地，支持靈活擴展、平滑擴容，并有可開放、可共享的接口，具有強大的可擴展性。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能

全網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在傳統(tǒng)工業(yè)自動化基礎(chǔ)上利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析、云計算等技術(shù)，實現(xiàn)了選煤廠監(jiān)控信號的全面覆蓋，多畫面的集中控制，任意切換調(diào)取全廠監(jiān)控信號圖像，并引入精細化管理理念，以平板電腦、手機、PC、智能可傳代設(shè)備等終端為載體，進行機器與機器之間、人與人之間、人與機器之間的互聯(lián)，實現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)的信息化管理及智能化生產(chǎn)過程的控制。

1) 區(qū)域查看。操作人員在選煤廠調(diào)度臺通過PC機根據(jù)生產(chǎn)區(qū)域及生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備編號進行現(xiàn)場監(jiān)控視頻信息的查看、調(diào)用或回放，能遠程查看選煤生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)中關(guān)鍵設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時掌握選煤廠生產(chǎn)情況。

2) 檢測信號。根據(jù)選煤廠生產(chǎn)現(xiàn)狀，可以對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的關(guān)鍵部位進行定時推送監(jiān)控視頻畫面，對監(jiān)測到存在故障的設(shè)備強制提醒調(diào)度臺操作人員查看并確認信息的重要與否，以此判斷設(shè)備是否正常，確保選煤生產(chǎn)的順利進行。

3) 報警。當系統(tǒng)檢測到故障時會發(fā)出報警信號，報警信息會自動生成當時系統(tǒng)檢測到的視頻畫面，操作人員通過對報警情況的分析與判斷來決策選煤生產(chǎn)是否進行。比如：矸石皮帶的保護開關(guān)或急停按鈕引起矸石皮帶停車，系統(tǒng)會將該皮帶的區(qū)域監(jiān)控畫面優(yōu)先推送至大屏，調(diào)度人員能更全面地了解故障設(shè)備周圍的相關(guān)信息。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場布置

3.1 前端監(jiān)控設(shè)備

根據(jù)東曲礦選煤廠生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備分布情況，全廠共分布81個監(jiān)控點位(系統(tǒng)留有冗余，可接入120路高清視頻信號)，其中防爆攝像機23臺，高清紅外攝像機58臺(16臺智能圖像識別攝像機)。

1) 防爆攝像機采用DS-2DY9220I-CWX(W)20倍200萬網(wǎng)絡(luò)高清防爆一體化云臺攝像機主要安裝位置為：精煤篩篩前溜槽2臺，安裝在刮板運輸機上方，檢測溜槽堆料；精煤磁選機入料2臺，檢測稀介段掉篩板后尾礦變化；4條刮板運輸機4臺，安裝在刮板運輸機上方，檢測鏈條斷鏈、拉斜；4條皮帶運輸機8臺，每條皮帶運輸機兩套圖像識別設(shè)備，安裝在皮帶運輸機上下帶面之間的攝像機檢測皮帶縱撕，安裝在皮帶機頭的攝像機檢測機頭溜槽堵料。

2) 高清紅外攝像機采用DS-2DB4223I-CX(W)200萬23倍星光級網(wǎng)絡(luò)高清紅外防爆一體機。用于各崗位設(shè)備監(jiān)控點。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備

全系統(tǒng)現(xiàn)場共設(shè)置15處監(jiān)控匯聚點，各監(jiān)控點信號通過6類網(wǎng)線傳輸至DS-3E2728-H等型號綠色節(jié)能全千兆以太網(wǎng)交換機，再通過光纜傳輸至匯聚交換機，由網(wǎng)線將收集到的全部信號傳輸?shù)酱疟P陣列進行存儲，同時傳輸?shù)骄C合平臺進行信息處理。采用其交換機全新的節(jié)能芯片實現(xiàn)全千兆交換機的最低能耗，同時此交換機自身支持IRF2彈性架構(gòu)可將9臺設(shè)備堆疊起來，形成一個邏輯上的實體，使設(shè)備容量可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展而平滑擴容，為客戶網(wǎng)絡(luò)配置提供極高的靈活性和擴展能力；支持以太網(wǎng)OAM和CFD，有效提高對以太網(wǎng)的管理和維護能力，保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行；支持RRPP為環(huán)形組網(wǎng)提供更快的拓撲收斂，使數(shù)據(jù)傳輸更為穩(wěn)定。

3.3 后端控制顯示設(shè)備

主廠房監(jiān)控中心拼接屏由32臺山大華特公司SW-WV-46的應用FULL HD(1 920×1 080)分辨率LED顯示技術(shù)進行4行8列的排列，及海康威視B20系列視頻綜合平臺1臺，由IVMS-8700綜合管理軟件對所有視頻統(tǒng)一管理，進行解碼上傳，實現(xiàn)大屏拼接、漫游、開窗、圖像縮放等，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度全廠的安全生產(chǎn)工作。

4 運行情況

在初期試運行時全系統(tǒng)基本穩(wěn)定，但也出現(xiàn)過幾個問題：1) 網(wǎng)絡(luò)攝像機連接好后，內(nèi)網(wǎng)可以觀看，但外網(wǎng)卻無法觀看。主要原因是電腦域名的問題，只要把要觀看的電腦外網(wǎng)IP地址加端口號或域名信息加端口號設(shè)置成網(wǎng)絡(luò)攝像機的外網(wǎng)訪問地址就可以。2) 高清網(wǎng)絡(luò)球型攝像機接通電源后，不自檢，無圖像，伴有噪聲。原因是云臺被卡住，球罩連接鉸鏈纏住云臺。3) 紅外攝像機在光線較暗的環(huán)境下，彩色與黑白之間圖像不斷切換閃爍。這是由于在光線條件不足的情況下，從室外透進來的光線不勻稱，時暗時亮，致使光敏電阻感光異常。安裝攝像機時盡可能不讓攝像機鏡頭正對窗戶。全系統(tǒng)經(jīng)過一個月的調(diào)試，現(xiàn)在已正常投入運行。

5 應用效果

東曲礦選煤廠使用全網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)后，實現(xiàn)了生產(chǎn)流程的全過程、全方位遠程監(jiān)控，提高了選煤廠生產(chǎn)的可視化管理水平，實現(xiàn)了多人多地同時監(jiān)控，有效地節(jié)約了因更換新設(shè)備所需得成本費用，同時降低了工人的勞動強度，實現(xiàn)了無人值守，降低了安全隱患。

6 結(jié) 語

全網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在選煤生產(chǎn)中的應用不僅為選煤生產(chǎn)、調(diào)度、指揮提供了有力保障，并為生產(chǎn)中的安全監(jiān)控提供了直觀、可靠的手段，而且對選煤廠的安全生產(chǎn)、減員提效以及提高選煤廠科學調(diào)度指揮和生產(chǎn)管理水平具有一定的意義。