一種礦用防人員闖入智能監(jiān)控報(bào)警裝置的實(shí)現(xiàn)與研究

劉東梅

（中信重工開誠(chéng)智能裝備有限公司，河北唐山 063020）

該裝置通過紅外熱釋電傳感器采集人員信號(hào)，通過CAN總線傳送到可編程控制器，由可編程控制器對(duì)語音聲光報(bào)警箱進(jìn)行控制，警告闖入人員立即退出提升作業(yè)斜巷。通過攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控錄像和人臉識(shí)別使絞車司機(jī)和煤礦管理人員能直觀的觀看作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況。如有事故發(fā)生，本裝置能提供事故分析的重要資料。

為了提高煤礦生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)管理水平，大多煤礦已安裝或即將建設(shè)多種自動(dòng)化控制系統(tǒng)。但這些這些監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)大多是在不同時(shí)期建設(shè)的，處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，存在數(shù)據(jù)不開發(fā)不能上傳現(xiàn)象。煤礦軌道運(yùn)輸在礦山生產(chǎn)中雖然應(yīng)用非常廣泛，但由于其應(yīng)用環(huán)境較差，缺少安全警示裝置，安全事故時(shí)有發(fā)生，尤其是在有行人偏口的斜巷提升運(yùn)輸時(shí)，經(jīng)常會(huì)因行人誤闖入，導(dǎo)致人員傷亡事故。而且事故發(fā)生后，由于不能及時(shí)提供事故人員的信息和事故發(fā)生過程的監(jiān)控資料作為分析事故原因、解決事故的依據(jù)，帶來事故處理的不便。為解決上述問題，同時(shí)為提升礦井信息化，透明化，提高礦井安全程度，泵礦用防人員闖入智能監(jiān)控報(bào)警裝置即為非常好的解決這一難題。目的在于有效控制行人與運(yùn)輸作業(yè)的關(guān)系，達(dá)到“開車不行人、行人不開車”的目的，杜絕車輛撞人事故的發(fā)生。而且當(dāng)人員闖入后，能夠統(tǒng)計(jì)闖入人員的數(shù)量并反饋至絞車司機(jī)處，提醒司機(jī)注意斜巷有作業(yè)人員闖入并對(duì)誤闖人員進(jìn)行及時(shí)的語音報(bào)警，警告闖入人員立即退出提升作業(yè)斜巷。可提供多種通訊接口，有效實(shí)現(xiàn)提高傳輸平臺(tái)的可靠性和傳輸能力，有效的提高礦井安全調(diào)度水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備和安全監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)與控制。

1 裝置組成

1.1 裝置組成

本文中防人員闖入智能監(jiān)控報(bào)警裝置主要由兩部分組成：井下控制部分、井下視頻監(jiān)控部分和地面集中控制部分。井下控制設(shè)備：礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱、CAN 總線主站板、礦用本安型紅外熱釋電傳感器、礦用語音聲光報(bào)警箱、隔爆型可編程數(shù)據(jù)采集箱、CAN 總線分站板、可編程控制器、交換機(jī)、本安控制臺(tái)液晶屏。井下視頻監(jiān)控部分：隔爆視頻攝像機(jī)地面控制設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)控制柜、工控機(jī)、顯示器、NVR 超腦存儲(chǔ)設(shè)備組成。

1.2 主要設(shè)備參數(shù)

礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱：礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱用于本裝置各器件的供電，輸入AC127V，輸出DC24V，750 mA。CAN 總線主站板：用于與CAN 總線分站板進(jìn)行RS485通訊。礦用本安型紅外熱釋電傳感器：DC24 V，開關(guān)量信號(hào)輸出，模擬量信號(hào)輸出。一種以非接觸的感應(yīng)紅外輻射傳感器，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。由于其可較好的完成對(duì)小動(dòng)物、電磁場(chǎng)、燈光等干擾的抵抗，且具有功耗小、成本低、隱蔽性好、靈敏度高等特點(diǎn)。礦用語音聲光報(bào)警箱：工作電壓DC15V，工作電流≤380 mA，信號(hào)箱能夠顯示警示語言，在黑暗中20m 可見，具有聲音報(bào)警功能。聲響強(qiáng)度≥85dB（A）。隔爆型可編程數(shù)據(jù)采集箱：內(nèi)置PLC 可編程控制器、設(shè)備控制電源、繼電器，CAN 總線板、接線端子等電氣元件。CAN總線分站板：用于采集紅外熱式傳感器、輸出控制語音聲光報(bào)警箱、與CAN 總線主站板進(jìn)行RS485通訊。可編程控制器：采用西門子小型緊湊S7-1200系列PLC，兼容DI，DO，AI，AO 等多種接口，2個(gè)百兆以太網(wǎng)電口，可擴(kuò)展多種通訊口，RS485，Prof ibus-DP 等。交換機(jī)：輸入電源電壓DC12～48V，功率小于12 W，2光百兆光，8百兆電。攝像機(jī)：用于井下視頻監(jiān)控，工作電壓AC127V，功率≤65 W。水平清晰度：≥ 350線。最低照度：≤0.2Lux。灰度等級(jí)：≥7級(jí)。光纖傳輸、以太網(wǎng)電傳輸。接口數(shù)量3路。本安控制臺(tái)液晶屏：用于顯示設(shè)備運(yùn)行及故障狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)控制柜：用于放置地面交換機(jī)、NVR 等存儲(chǔ)設(shè)備。工控機(jī)、顯示器：8G/2T+256固態(tài)，24寸液晶顯示器。NVR 存儲(chǔ)設(shè)備：8路NVR 硬盤錄像機(jī)。

圖1 連接圖

1.3 裝置連接

紅外熱釋電傳感器一（3）、紅外熱釋電傳感器二（4）和語音聲光報(bào)警箱（5）安裝在巷道偏口位置，分別與CAN 總線分站板（2）連接，CAN 總線分站板（2）與CAN 總線主站板（7）連接，CAN 總線主站板（7）與可編程控制器RS485口（9）連接，攝像機(jī)（21）通過網(wǎng)線接入交換機(jī)以太網(wǎng)電口二（23），交換機(jī)以太網(wǎng)電口一（22）通過網(wǎng)線與可編程控制器以太網(wǎng)電口（10）連接，交換機(jī)以太網(wǎng)電口三（24）與控制臺(tái)液晶屏（20）通過網(wǎng)線連接，交換機(jī)以太網(wǎng)光口二（14）通過光纜與交換機(jī)（17）連接，交換機(jī)以太網(wǎng)光口一（13）通過光纜與下一個(gè)偏口的數(shù)據(jù)采集箱連接，交換機(jī)（17）與NVR 超腦硬盤錄像機(jī)（16）用網(wǎng)線相連，NVR 超腦硬盤錄像機(jī)（16）與工控機(jī)（18）用網(wǎng)線連接，工控機(jī)（18）與顯示器（19）連接。網(wǎng)絡(luò)控制柜（15）、工控機(jī)（18）和顯示器（19）安放在地面集控室內(nèi)，如圖1所示。

1.4 本裝置工作過程

在絞車運(yùn)行時(shí)，嚴(yán)禁行車巷道有作業(yè)人員闖入。當(dāng)有人員從任何位置進(jìn)入行車巷道偏口時(shí)，如圖1所示，人員信息均會(huì)被礦用本安型紅外熱釋電傳感器一（3）和礦用本安型紅外熱釋電傳感器二（4）捕捉到闖入信號(hào)，然后通過CAN 總線通訊方式，經(jīng)CAN 總線分站板（2）將信息傳送到CAN 總線主站板（7），CAN 總線主站板（7）通過可編程控制器RS485口（9）把礦用本安型紅外熱釋電傳感器一（3）和礦用本安型紅外熱釋電傳感器二（4）采集到的兩路人員信號(hào)、偏口位置等信息傳送給可編程控制器（8），可編程控制器（8）進(jìn)行處理后，立即輸出指令控制斜巷偏口的語音聲光報(bào)警箱（5）發(fā)出“你已進(jìn)入行車巷道，請(qǐng)立即退回”提示語音，人員信息通過以太網(wǎng)通訊方式分別傳送給控制臺(tái)液晶屏（20）和地面集控室的工控機(jī)（18），通過控制臺(tái)液晶屏（20）和顯示器（19）進(jìn)行顯示，使絞車司機(jī)和管理人員第一時(shí)間了解到違規(guī)人員出現(xiàn)的位置、數(shù)量等情況。當(dāng)人員退出后，該裝置能夠及時(shí)取消設(shè)備報(bào)警狀態(tài)。

在每個(gè)偏口處分別安裝攝像機(jī)（21）對(duì)作業(yè)地實(shí)時(shí)全方位監(jiān)控。攝像機(jī)（21）能夠?qū)?jīng)過設(shè)定區(qū)域的行人進(jìn)行人臉檢測(cè)和人臉跟蹤，抓拍出最為清晰的人臉圖像后，通過以太網(wǎng)上傳到地面網(wǎng)絡(luò)控制柜（15）中的NVR 超腦硬盤錄像機(jī)（16）。然后對(duì)照片中的人臉進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)人臉照片的建模特征在礦方人臉數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行快速檢索，檢索出其中相似的人臉，從而協(xié)助礦方對(duì)照片中人員進(jìn)行身份認(rèn)定。發(fā)生事故時(shí)，利用NVR 超腦硬盤錄像機(jī)（16）提供的事發(fā)視頻和抓拍的違規(guī)闖入人員照片，從而可作為事故分析和責(zé)任認(rèn)定的重要資料，為處理事故提供可靠依據(jù)。圖2為地面集控室工控機(jī)顯示畫面。

圖2 上位機(jī)畫面

2 系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)支持以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，RS485、RS232 和PROFIBUS 等多種通訊接口，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。為煤礦智慧礦山構(gòu)建統(tǒng)一的傳輸平臺(tái)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)上傳地面集控室，可由集控室統(tǒng)一控制操作，可實(shí)現(xiàn)管控一體、掌控全局的功能。實(shí)時(shí)全方位監(jiān)測(cè)人員闖入。闖入人員數(shù)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到可編程控制器內(nèi)，由控制器通過以太網(wǎng)光纜傳送到地面集控室。具有多類型報(bào)警設(shè)備接口。控制數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)備份完整齊全，安全性強(qiáng)，便于查閱以及事故分析備案。通訊穩(wěn)定，傳輸距離遠(yuǎn)。可編程控制器具有集成PROFINET接口，強(qiáng)大的集成工藝功能和靈活的可擴(kuò)展性等特點(diǎn)，為各種工藝任務(wù)提供了簡(jiǎn)單通信和有效的解決方案，尤其滿足多種完全不同的自動(dòng)化需求。提升礦山生產(chǎn)的安全性、可靠性、可擴(kuò)展性和可管理性。

3 系統(tǒng)功能

該裝置通過多個(gè)紅外熱釋電傳感器采集人員信息。通過CAN 總線傳送到可編程控制器，由可編程控制器進(jìn)行邏輯分析運(yùn)算后對(duì)語音聲光報(bào)警箱進(jìn)行控制，警告闖入人員立即退出提升作業(yè)斜巷。通過攝像機(jī)實(shí)時(shí)全方位監(jiān)控，視頻數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)上傳地面集控室顯示備份。該裝置可使絞車司機(jī)和煤礦管理人員能直觀地觀看作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，且具有人臉識(shí)別功能。如有事故發(fā)生，本裝置能提供事故分析的重要資料。傳輸速率高、帶寬容量大、傳輸距離遠(yuǎn)和抗干擾能力加強(qiáng)。為數(shù)據(jù)、視頻、合一奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。均可方便就近接入，易于擴(kuò)展，無須重復(fù)布線，節(jié)約投資。

隨著“兩化融合”建設(shè)越來越深入的今天，社會(huì)與科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，礦山園區(qū)智能化系統(tǒng)的規(guī)模和自動(dòng)化的程度在保障安全生產(chǎn)的前提下，在不斷擴(kuò)大和提高，用戶的需求也會(huì)不斷變化。礦用防人員闖入智能監(jiān)控報(bào)警裝置的實(shí)現(xiàn)與研究全面體現(xiàn)了自動(dòng)化控制與監(jiān)控技術(shù)在煤礦井下的廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，安全管控，在統(tǒng)一的綜合自動(dòng)化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中，進(jìn)行集中的調(diào)度管理，使煤礦井下的人員信息、設(shè)備的工況信息和控制信息在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上傳輸，提高傳輸平臺(tái)的可靠性和傳輸能力，有效的提高礦井安全調(diào)度水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備和安全監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)程集中監(jiān)測(cè)與控制。