無人智能冶金起重機視頻監控系統

馬 文

(太原重工股份有限公司 技術中心 礦山采掘裝備及智能制造國家重點實驗室，山西 太原 030024)

0 引言

隨著信息技術、傳感技術、自動化技術的不斷發展，IT和OT技術的不斷融合，越來越多的智能化技術應用于工業現場。但是在冶金行業，冶金起重機的智能化技術尚處于剛開展的應用過程中[1]。為降低現場工人的勞動強度，改善現場設備的操作環境，同時為加快推進冶金起重機的智能化應用進程，針對國內某鋼廠設計了無人智能冶金起重機視頻監控系統。該系統不僅可以實時監測設備運行、火災報警、人員入侵、滑線打火、人員上下車檢測、司機人臉識別、軌道異物檢測、吊具跟隨等功能，還可以實現對告警事件上報、統計，保障設備的安全運行，可進一步推廣應用于焦化、礦山等其他行業，為大型設備的遠程操作、自動運維提供可靠服務。

1 無人智能冶金起重機視頻監控系統設計

視頻監控系統需要具備冶金起重機遠程操作的實時視頻監控、數據傳輸、人員檢測、火災監測、異常監測上報等功能，結合冶金起重機在車間內的工作范圍、工作流程、工作環境規劃設計視頻監控系統的硬件、工作模式、使用環境、網絡接口、數據交互、事件記錄和上報、系統管理等；結合冶金起重機的應用場景來設計系統容量、技術指標、軟硬件功能等指標，而且還要根據視頻系統的各項功能輸出情況設計視頻系統和起重機遠程控制系統的數據交互接口，為起重機的控制系統輸出各項事件的告警、視頻監控等數據，實現視頻系統的各項功能。

1.1 視頻監控系統硬件架構設計

圖1為冶金起重機工作現場，通過對用戶現場起重機工作范圍進行現場實地測繪，設計了視頻系統的實施范圍。

圖1 冶金起重機工作現場

單臺起重機需要一套獨立的系統，稱為車上系統，地面廠房部分需要一套獨立的系統，稱為地面系統。視頻系統分車上系統和地面系統兩部分，每個系統由獨立的主機完成信息的采集、處理、存儲和顯示。同時，每個系統都要預留網絡接口，以便可以和起重機主系統進行聯網及數據交換。

車上系統需要具備吊具視頻跟隨、軌道異物監測、減速機溫度監測、電氣室火災監測、滑線集電器打火監測、高壓室關鍵部位溫度監測、人員上下行車監測等功能。地面系統需要滿足工位視頻跟隨功能。視頻監控系統架構如圖2所示。

圖2 視頻監控系統架構

無人智能起重機的控制方式分為司機室控制和一鍵巡航、遠程控制和自動運行，這兩種控制模式均要求視頻系統實現視頻跟隨和自動切換，要實時顯示地面視頻和車上視頻。

本系統中單臺起重機配備3臺球機(球機全稱為球型攝像機，其集彩色一體化攝像機、防護罩等多功能于一體，可設置多個預置位，水平方向360°連續旋轉，垂直方向-15°、-90°旋轉)用于吊鉤跟蹤、4臺筒機(筒型攝像機用于固定位置的人員和異物偵測)用于軌道人員和物體監測、2臺筒機用于操作人員上下行車監測。電氣室和高壓室使用熱成像攝像機監測實時溫度。熱成像精確測溫筒機用于減速機測溫和滑線集電器打火監測。司機室配備一臺人臉識別一體機，用于駕駛員身份識別。車上系統硬件連接如圖3所示。

圖3 車上系統硬件連接

地面系統使用45臺筒機進行視頻監控，跟隨起重機的位置進行不同工位視頻顯示。地面系統硬件連接如圖4所示。

圖4 地面系統硬件連接

1.2 視頻監控系統業務流程

1.2.1 掛鉤跟隨

主控系統通過SDK對接球機，起重機作業時系統根據吊鉤的位置調用對應球機的預置位，完成對吊鉤的實時觀察。

1.2.2 人員入侵監測

當有活動目標進入布防區域時，監測設備開始監測活動目標，產生防范報警事件，并將事件上報給中心平臺；綜合安防管理平臺報警系統接收到事件后，可進行事件查看，并通過平臺的聯動模塊配置不同的聯動方式。其中，視頻防范會將報警事件發到智能分析設備進行分析，判斷是否有人后再上報給平臺。人員入侵上報流程如圖5所示。

圖5 人員入侵上報流程

1.2.3 告警聯動

遠控中心平臺收到用戶的報警信息后，顯示報警的同時通過平臺配置能自動彈出報警所發生區域的現場圖像進行視頻復核，復核時可打開聲音監聽現場環境，打開對講與現場人員通話，使值班人員可以更全面、詳細地查看，進行報警核實，幫助中心管理人員正確迅速地判斷是否需要出警及如何處警[2]。

1.2.4 熱成像溫度監測

通過熱成像攝像機將設備溫度推送給平臺，平臺記錄溫度信息，形成設備溫度臺賬，以溫度曲線的方式進行呈現。監測溫度與預設溫度進行比對，溫度異常時，將溫度異常情況(高溫、低溫)和溫度異常點通過圖片的方式推送給監管人員，由監管人員根據經驗進行處置。熱成像溫度監測流程如圖6所示。

圖6 熱成像溫度監測流程

1.3 數據交互接口

地面系統和車上系統完成單個系統功能后，需要設計安全、穩定、可靠的數據交互接口，以及用戶和主控系統以及整個工廠上層管理系統的數據交互。

視頻系統采用海康標準接口SDK接口，支持C#、C++、JAVA語言進行調用[3]。主控系統采用C#語言編寫，進行接口調用。

1.4 視頻監控系統網絡

視頻監控系統采用雙腔波導管雙波段冗余的并行通訊模式，并結合最新的5G技術進行冗余設計。

2 視頻監控系統應用

圖7為視頻監控系統的現場應用效果。視頻監控系統實現了起重機遠程操作、設備狀態監測等功能，取得了非常好的效果。

圖7 視頻監控系統的現場應用效果

3 結語

本文為某鋼廠設計的無人智能冶金起重機視頻監控系統，不僅可以幫助用戶和設備廠商實現設備遠程操作，而且能及時監測和報告各類異常告警事件，為無人起重機的安全運行、設備的智能維護提供支持和保障，具有良好的推廣前景和應用效果。