物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于建設(shè)智能基礎(chǔ)雷管生產(chǎn)線

李海雄，羅衛(wèi)國(guó)，顏洪章，劉文帥

（1．湖南長(zhǎng)斧眾和科技有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；2．湖南神斧民爆集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410013；3．湖南長(zhǎng)信暢中科技股份有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410205）

近年來(lái)，我國(guó)十分重視提升民爆物品生產(chǎn)能力和生產(chǎn)水平，先后頒布了《民用爆炸物品安全管理?xiàng)l例》、《民用爆炸物品安全生產(chǎn)許可實(shí)施辦法》、《民用爆炸物品建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收管理辦法》等管理辦法，發(fā)布了《民用爆炸物品行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)改造，生產(chǎn)自動(dòng)化水平有了較大的提高。為貫徹落實(shí)行業(yè)主管部門(mén)的要求，根據(jù)民爆物品科研、生產(chǎn)、銷售、爆破服務(wù)一體化的發(fā)展模式，本文綜合采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、視頻技術(shù)、通信技術(shù)和軟件技術(shù)，在原基礎(chǔ)雷管生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上，研發(fā)了CF－1型基礎(chǔ)雷管自動(dòng)裝填生產(chǎn)線，建立了民爆行業(yè)動(dòng)態(tài)生產(chǎn)監(jiān)控平臺(tái)，達(dá)到了生產(chǎn)的智能化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化，提高了本質(zhì)安全，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1．1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

（1）退模工序雷管產(chǎn)量計(jì)數(shù)采集方案。前端傳感設(shè)備雷管計(jì)數(shù)器對(duì)每盒雷管下線時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)串口或者網(wǎng)線和電腦后臺(tái)連接進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，如圖1所示。

（2）打包下線工序自動(dòng)掃描采集方案。通過(guò)紅外掃描采集器控制自動(dòng)打包機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，條碼準(zhǔn)確無(wú)誤時(shí)，打包機(jī)進(jìn)行打包動(dòng)作，紅外掃描采集器將采集到的信息實(shí)時(shí)傳送給電腦后臺(tái)，電腦后臺(tái)可以遠(yuǎn)程設(shè)置采集器的相關(guān)參數(shù)和功能。

（3）全自動(dòng)雷管生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)方案。前端設(shè)備和后臺(tái)機(jī)房通過(guò)遠(yuǎn)程連接通信，雷管計(jì)數(shù)器核心主控選用arm嵌入式控制系統(tǒng)。紅外掃描槍選用市面上已有的多通道掃描設(shè)備，核心主控采用基于arm的嵌入控制系統(tǒng)，集成自動(dòng)打包機(jī)，條碼記錄儀通過(guò)控制接口控制自動(dòng)打包機(jī)的打包工作。

圖1 退模工序雷管產(chǎn)量計(jì)數(shù)采集

（4）激光打碼機(jī)數(shù)據(jù)采集方案。防爆型數(shù)據(jù)采集器通過(guò)串口和激光打碼機(jī)通信，當(dāng)激光打碼機(jī)打刻完一模的雷管之后，會(huì)將這模的雷管數(shù)據(jù)發(fā)送到防爆型數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器再和機(jī)房服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到機(jī)房服務(wù)器，如圖2所示。

圖2 激光打碼機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1．2 環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖3所示，利用傳感器對(duì)生產(chǎn)工序環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)工序超時(shí)、工序門(mén)非正常打開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)非正?，F(xiàn)象，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行自動(dòng)停機(jī)操作，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒系統(tǒng)操作人員及時(shí)排除。同時(shí)對(duì)各種非正常操作進(jìn)行數(shù)字記錄，為生產(chǎn)管理部門(mén)提供管理和決策數(shù)據(jù)。工位監(jiān)測(cè)報(bào)警是根據(jù)開(kāi)發(fā)全自動(dòng)生產(chǎn)線的液晶屏人機(jī)對(duì)話操作控制設(shè)備的接口程序?qū)崿F(xiàn)。將前端生產(chǎn)線的各種控制器采集的設(shè)備工作狀態(tài)匯總信息接入安全生產(chǎn)平臺(tái)，達(dá)到信息化監(jiān)管的目的。

圖3 環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

1．3 視頻監(jiān)控與分析子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要由前端的視頻攝像機(jī)、視頻分析模塊、企業(yè)中心的視頻網(wǎng)關(guān)、視頻管理服務(wù)器等組成。

（1）視頻網(wǎng)關(guān)，同時(shí)注冊(cè)到安全監(jiān)管平臺(tái)及企業(yè)端管理平臺(tái)，接受遠(yuǎn)程指令，實(shí)現(xiàn)視頻資源的調(diào)度訪問(wèn)，并通過(guò)代理轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在窄帶寬情況下的視頻共享調(diào)閱。

（2）視頻分析模塊。采用先進(jìn)的視頻智能分析技術(shù)，對(duì)關(guān)鍵工序崗位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)即時(shí)自動(dòng)報(bào)警，從而有效提高安全生產(chǎn)管理的水平，最大程度地消除安全隱患。視頻分析進(jìn)行警戒區(qū)入侵檢測(cè)、物品移動(dòng)檢測(cè)、生產(chǎn)狀態(tài)情況監(jiān)測(cè)，能實(shí)現(xiàn)倒地報(bào)警、多人報(bào)警、脫崗報(bào)警，并用視頻監(jiān)測(cè)與分析的基本技術(shù)進(jìn)行綜合行為判斷。

（3）視頻管理服務(wù)器，主要完成對(duì)各種用戶數(shù)據(jù)的管理、配置，對(duì)前端設(shè)備提供接入，對(duì)客戶端的訪問(wèn)提供響應(yīng)。

1．4 倉(cāng)庫(kù)采集子系統(tǒng)

入庫(kù)出庫(kù)流程如圖4、圖5所示。

出入庫(kù)裝置設(shè)計(jì)方案為：采用無(wú)動(dòng)力裝置，箱子通過(guò)重力在滾軸斜坡上自然下滑完成出入庫(kù)，設(shè)置2個(gè)掃描平臺(tái)，入庫(kù)1個(gè)出庫(kù)1個(gè)，設(shè)置2個(gè)道閘，入庫(kù)1個(gè)出庫(kù)1個(gè)。操作時(shí)將箱子搬上平臺(tái)掃描平臺(tái)，掃描器自動(dòng)掃描箱子數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，經(jīng)服務(wù)器解析后允許操作則道閘打開(kāi)，然后通過(guò)人工將箱子推到滾輪斜坡上，箱子通過(guò)重力自然下滑至另一端，避免了設(shè)備對(duì)電源的依賴，保證了在供電電壓低的情況下能夠使整個(gè)系統(tǒng)正常工作。

圖4 入庫(kù)流程

圖5 出庫(kù)流程

1．5 監(jiān)管子系統(tǒng)

監(jiān)管系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 監(jiān)管子系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)層。負(fù)責(zé)存放并管理各種信息，主要是封裝對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，也是系統(tǒng)訪問(wèn)其它數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一接口。用戶管理和數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用也通過(guò)這一層來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。包括基礎(chǔ)信息庫(kù)、日志數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、匯總報(bào)表庫(kù)、視頻信息庫(kù)等。

（2）業(yè)務(wù)層。實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)功能，是系統(tǒng)最核心的部分，接收來(lái)自應(yīng)用層的功能請(qǐng)求，是實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)功能的邏輯實(shí)體，主要分為信息分析、信息采集、應(yīng)用服務(wù)和系統(tǒng)管理四個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、標(biāo)識(shí)、智能化處理、搜索、查詢、分析等完整的應(yīng)用功能。

（3）表現(xiàn)層。是用戶接口部分，是用戶與系統(tǒng)間交互信息的窗口。包括用戶圖形界面和與應(yīng)用層之間通信的邏輯部件，以最終用戶為核心，根據(jù)用戶設(shè)定的工作流呈現(xiàn)和接受數(shù)據(jù)。

1．6 報(bào)警及組態(tài)畫(huà)面顯示系統(tǒng)

報(bào)警分工序故障報(bào)警、藥斗缺藥報(bào)警、暫存間無(wú)藥報(bào)警、門(mén)聯(lián)鎖報(bào)警等。暫存間無(wú)藥報(bào)警只在操作員停留間顯示；藥斗缺藥報(bào)警只做啟動(dòng)下一步自動(dòng)添加藥程序用；所有隔爆工序的工序故障報(bào)警及門(mén)聯(lián)鎖報(bào)警都集中在中央控制室實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和進(jìn)行停機(jī)處理，所有報(bào)警都會(huì)在監(jiān)控中心的組態(tài)畫(huà)面上顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，使中心操作員能即時(shí)了解故障部位和可能的原因。所有報(bào)警均可以聯(lián)網(wǎng)上傳。

1．7 語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)置有線防爆對(duì)講電話與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通信，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置擴(kuò)音裝置。防爆語(yǔ)音對(duì)講系統(tǒng)主要由室內(nèi)無(wú)主機(jī)擴(kuò)音電話機(jī)、室內(nèi)擴(kuò)音轉(zhuǎn)接器、室內(nèi)有源音箱、防爆接線箱、無(wú)主機(jī)防爆擴(kuò)音電話機(jī)及防爆揚(yáng)聲器組成。

2 生產(chǎn)線的特點(diǎn)

（1）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。根據(jù)不同的數(shù)據(jù)需求選擇不同的處理方式。對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)工位、工序的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在企業(yè)級(jí)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，提供企業(yè)管理考核依據(jù)；實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)出入庫(kù)的授權(quán)與控制，確保危爆品的授權(quán)使用；實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，以及對(duì)違章行為的自動(dòng)預(yù)警與報(bào)警。

（2）數(shù)據(jù)智能處理與統(tǒng)一管理。采用視頻分析與行為檢測(cè)技術(shù)，對(duì)一些民爆行業(yè)的“四超”行為進(jìn)行智能檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)集中式管理與分布式部署相結(jié)合，各級(jí)監(jiān)管部門(mén)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的各家企業(yè)的集中監(jiān)管。企業(yè)集團(tuán)可以對(duì)各分廠或分公司統(tǒng)一管理。

3 結(jié) 論

目前，國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的基礎(chǔ)雷管裝填生產(chǎn)線大部分是半自動(dòng)氣動(dòng)連續(xù)裝填生產(chǎn)線，存在生產(chǎn)數(shù)據(jù)和視頻不能實(shí)時(shí)采集和聯(lián)網(wǎng)傳送、不方便行政主管部門(mén)和行業(yè)主管部門(mén)的監(jiān)督檢查和統(tǒng)一管理、生產(chǎn)工房要求高、操作人員密集、自動(dòng)化程度不高、安全保障程度不足、易發(fā)生人身傷害事故等缺陷。CF－1型基礎(chǔ)雷管自動(dòng)裝填生產(chǎn)線完全符合行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的指導(dǎo)意見(jiàn)和文件要求，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)隔離、自動(dòng)添加藥、自動(dòng)在線檢測(cè)、自動(dòng)剔除廢品、自動(dòng)安全報(bào)警、自動(dòng)安全連鎖、可靠防止傳爆的連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)線安全可靠，工藝流暢，設(shè)計(jì)能力為雙班年產(chǎn)5千萬(wàn)發(fā)，生產(chǎn)效率高。既能滿足瞬發(fā)雷管的裝填，又能滿足延期系列雷管的裝填，適用于新建或?qū)εf基礎(chǔ)雷管裝填線的改造。

該生產(chǎn)線已成功應(yīng)用于湖南神斧民爆集團(tuán)有限公司下屬的湖南向紅機(jī)械化工有限責(zé)任公司202生產(chǎn)線的改造，效果良好，受到用戶的一致好評(píng)。

［1］ 張國(guó)全，龔云波．民爆中包包裝和裝箱全自動(dòng)生產(chǎn)線的方案設(shè)計(jì)［J］．輕工機(jī)械，2006（4）．

［2］ 曹文俊，王春樂(lè)．對(duì)國(guó)內(nèi)3種典型乳化炸藥生產(chǎn)線的比較和探討［J］．爆破器材，2003（6）．

［3］ 楊民剛．工業(yè)炸藥包裝工藝設(shè)備現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．煤礦爆破，2004（2）．

［4］ 李海雄，劉宇星，等．CF－1型基礎(chǔ)雷管自動(dòng)裝填生產(chǎn)線介紹［J］．爆破器材，2011（5）．