移動(dòng)視頻對(duì)講控制裝置在煤礦自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

摘 要：隨著煤礦自動(dòng)化的持續(xù)建設(shè)，越來越多的設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，為滿足井下泵房自動(dòng)化發(fā)展需要，本文介紹了移動(dòng)視頻對(duì)講控制裝置。通過本裝置，可以在地面集中控制室可遠(yuǎn)程方便控制井下泵房智能云臺(tái)的移動(dòng)位置，使泵房每臺(tái)水泵運(yùn)行畫面實(shí)時(shí)傳遞到地面控制中心，遠(yuǎn)程觀測(cè)所有水泵及電氣控制設(shè)備的運(yùn)行狀況，并能夠與井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)視頻語音對(duì)話，偵聽水泵電機(jī)運(yùn)行聲響，具備區(qū)域異常撲捉報(bào)警、人員入侵抓拍報(bào)警等功能，發(fā)生異常故障時(shí)可第一時(shí)間掌握了解現(xiàn)場(chǎng)信息，及時(shí)采取有效維修措施。移動(dòng)視頻對(duì)講控制裝置的應(yīng)用提升了煤礦自動(dòng)化控制方面的技術(shù)積累及沉淀，也進(jìn)一步推進(jìn)了綠色智慧礦山建設(shè)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)視頻對(duì)講控制裝置;煤礦;自動(dòng)化;應(yīng)用

1、背景介紹

隨著煤礦自動(dòng)化的持續(xù)建設(shè)，越來越多的設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，某礦三水平 -700泵房于2016年完成自動(dòng)化升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了地面遠(yuǎn)程控制井下泵房水泵開停?，F(xiàn)泵房裝設(shè)了一臺(tái)防爆監(jiān)控?cái)z像頭，泵房畫面實(shí)時(shí)傳輸于地面控制中心，但由于泵房監(jiān)控?cái)z像頭安裝固定于巷道壁，僅能采集到局部區(qū)域視頻信息，不能全面覆蓋整個(gè)泵房每臺(tái)水泵及每臺(tái)電氣控制設(shè)備狀況。工作中遠(yuǎn)程起停水泵作業(yè)時(shí)存在死角盲區(qū)，不能觀察到水泵的現(xiàn)場(chǎng)狀況，存在安全隱患。同時(shí)，井下發(fā)生緊急故障時(shí)，地面不能與井下實(shí)時(shí)溝通，不能夠及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況采取有效措施，給水泵維護(hù)檢修工作帶來不便。

為滿足井下泵房自動(dòng)化發(fā)展需要，研制出了可移動(dòng)視頻對(duì)講智能云臺(tái)控制裝置。通過本裝置，可以在地面控制室遠(yuǎn)程控制井下泵房智能云臺(tái)的移動(dòng)位置，使泵房每臺(tái)水泵運(yùn)行畫面實(shí)時(shí)傳遞到地面集中控制中心，遠(yuǎn)程觀測(cè)到每臺(tái)水泵及電氣控制設(shè)備的運(yùn)行狀況。并能夠與井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)視頻語音對(duì)話，偵聽水泵電機(jī)運(yùn)行聲響，并可具備區(qū)域異常撲捉報(bào)警、人員入侵抓拍報(bào)警等功能，發(fā)生異常故障時(shí)可第一時(shí)間掌握了解現(xiàn)場(chǎng)信息，及時(shí)采取有效維修措施。

2、系統(tǒng)原理組成

移動(dòng)視頻對(duì)講控制裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)以立足信息化為前提，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、語音云臺(tái)視頻技術(shù)等技術(shù)手段，穩(wěn)固了煤礦自動(dòng)化的技術(shù)積累，也進(jìn)一步推進(jìn)了綠色智慧礦山的建設(shè)。

移動(dòng)視頻對(duì)講控制裝置由可移動(dòng)攝像架裝置單元、可編程控制單元、視頻傳輸單元、上位機(jī)組態(tài)控制單元組成。系統(tǒng)中可移動(dòng)攝像行走架安裝于-700泵房巷道壁上，通過地面控制中心計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程操作控制云臺(tái)移動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控1-5#水泵的詳細(xì)運(yùn)行狀況。PLC控制云臺(tái)前進(jìn)與后退，以及接收過卷信號(hào)自動(dòng)停止行走。控制指令的傳輸采用井筒的光纖傳輸通道，把移動(dòng)云臺(tái)視頻信號(hào)和控制信號(hào)傳輸?shù)降孛婵刂浦行?。在地面控制中心的工控機(jī)上，使用wincc組態(tài)軟件制作控制界面，在界面上可操作控制泵房云臺(tái)的移動(dòng)行走，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示反饋出攝像頭行走狀態(tài)信號(hào)。

2. 1可移動(dòng)云臺(tái)機(jī)架裝置單元

可移動(dòng)攝像裝置主要由（1）電動(dòng)機(jī)（含減速機(jī)），（2）線纜，（3）線纜吊鉤、牽引繩，（4）語音云臺(tái)，（5）掛線繩，（6）導(dǎo)軌，（7）過卷開關(guān)，（8）尾部張緊器，（9）定滑輪，（10）固定架，（11）移動(dòng)帶載小車，（12）驅(qū)動(dòng)輪等部件組成。其中，固定框架選擇40mm角鋼加工而成，行走導(dǎo)軌采用角鋼加工成6m 一段的標(biāo)準(zhǔn)件，除銹噴漆處理;導(dǎo)軌一端安裝一臺(tái)1.5kW電機(jī)，自帶減速裝置，減速后的軸上嵌套直徑為 100mm 的轉(zhuǎn)盤，導(dǎo)軌另一端安裝有定滑輪轉(zhuǎn)盤，配有拉緊裝置防止?fàn)恳K打滑;牽引繩本系統(tǒng)選擇直徑5mm 鋼絲繩，掛線繩選擇直徑 10mm 鋼絞線;帶載小車由角鋼和直徑40mm 滑輪加工而成，云臺(tái)安裝固定在小車上，通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)牽引繩，牽引繩牽引小車實(shí)現(xiàn)攝像頭行走。

2.2可編程控制、通信單元

控制單元使用西門子200 plc，并配備ppi轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模塊。通信單元利用井底泵房現(xiàn)有資源，采用副井井底原有的攝像視頻光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)通道設(shè)計(jì)方案，利用光纖傳輸轉(zhuǎn)換通道，電腦程序中設(shè)定PLC網(wǎng)絡(luò)模塊ip地址參數(shù)可直接對(duì)200plc進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，把泵房移動(dòng)云臺(tái)移動(dòng)控制反饋信號(hào)和視頻圖像傳輸?shù)降孛婵刂剖摇１鞠到y(tǒng)通信控制技術(shù)方案應(yīng)用成熟，成本投入經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，方便可靠的實(shí)現(xiàn)了泵房可移動(dòng)巡檢系統(tǒng)的遠(yuǎn)程以太網(wǎng)通信控制功能。

2.3上位機(jī)組態(tài)控制單元

在地面控制室工控機(jī)上，安裝了西門子wincc工控組態(tài)軟件，此軟件提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、信息、歸檔以及報(bào)表的功能模板，通過此軟件我們可方便掌握、了解設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和靈活操控設(shè)備。例如副井提升控制系統(tǒng)、壓風(fēng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、井下泵房水泵自動(dòng)化控制系統(tǒng)等重要系統(tǒng)都有應(yīng)用此工控軟件。

2.3.1制作組態(tài)界面

設(shè)計(jì)畫面控制對(duì)象，畫面中的對(duì)象與新建變量關(guān)聯(lián)，在畫面中添加網(wǎng)絡(luò)模塊窗口，使組態(tài)控制畫面顯示出移動(dòng)攝像頭的圖像。同時(shí)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)畫面，動(dòng)態(tài)畫面與攝像頭同步動(dòng)作，操作時(shí)更直觀。

2.3.2可移動(dòng)語音對(duì)講智能云臺(tái)應(yīng)用分析

（1）遠(yuǎn)程靈活控制移動(dòng)，無死角巡檢，智能布防。

較原有的固定式攝像裝置，可移動(dòng)語音對(duì)講云臺(tái)可根據(jù)需要在地面控制室遠(yuǎn)程控制智能云臺(tái)的移動(dòng)。智能云臺(tái)可根據(jù)需要360度旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)、變焦放大、照片抓拍存檔，可設(shè)人員闖入布防報(bào)警、區(qū)域異常撲捉報(bào)警、聲響突變報(bào)警等，使遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)更加智能化，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備場(chǎng)所硐室的無人值守。

（2）地面遠(yuǎn)程聲響監(jiān)聽，視頻語音對(duì)話。

云臺(tái)根據(jù)需要可地面遠(yuǎn)程控制移動(dòng)觀察設(shè)備運(yùn)行狀況，同時(shí)還具備現(xiàn)場(chǎng)聲音監(jiān)聽與視頻語音對(duì)話功能。可實(shí)時(shí)觀測(cè)監(jiān)聽到井下泵房設(shè)備的視頻與運(yùn)行噪聲。

（3）傳輸穩(wěn)定，建設(shè)成本低。

通訊單元采用現(xiàn)場(chǎng)原有的視頻光纖通道，傳輸安全穩(wěn)定，且建設(shè)成本低。

（4）應(yīng)用推廣性強(qiáng)。

此系統(tǒng)也可適用于井下其它水倉泵房、井下變電所以及壓風(fēng)機(jī)車間處，配合水泵、供電、壓風(fēng)等自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無死角遠(yuǎn)程監(jiān)控巡檢。

3、經(jīng)濟(jì)效益

可移動(dòng)語音對(duì)講云臺(tái)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝調(diào)試均為本單位自行設(shè)計(jì)創(chuàng)造，所需材料（包括角鐵、鋼絲繩、電機(jī)、線纜等）與人工安裝綜合費(fèi)用約1萬元。

改造后實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵房現(xiàn)場(chǎng)的可移動(dòng)巡檢監(jiān)控，對(duì)水泵運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備缺陷等信息可及時(shí)反饋，設(shè)備隱患可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免了設(shè)備故障。遠(yuǎn)程啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，可實(shí)時(shí)觀察到現(xiàn)場(chǎng)狀況，為安全生產(chǎn)提供了保障，可帶來的經(jīng)濟(jì)效益約50萬元。

4、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，生產(chǎn)設(shè)備和裝置的規(guī)模不斷壯大，積極推行實(shí)施“機(jī)械化替人，自動(dòng)化減人”發(fā)展戰(zhàn)略。泵房可移動(dòng)語音對(duì)講云臺(tái)以立足信息化為前提，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、通訊技術(shù)、視頻技術(shù)等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵房現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)巡檢監(jiān)控遠(yuǎn)程控制、聲音監(jiān)聽、視頻對(duì)話等功能，并能夠與井下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)視頻語音對(duì)話，偵聽水泵電機(jī)運(yùn)行聲響。并具備區(qū)域異常撲捉報(bào)警、人員入侵抓拍報(bào)警等功能，發(fā)生異常故障時(shí)可第一時(shí)間掌握了解現(xiàn)場(chǎng)信息，及時(shí)采取有效維修措施，很好解決了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)面臨的技術(shù)問題。通過此次實(shí)踐，提升了煤礦自動(dòng)化控制方面的技術(shù)積累及沉淀，也進(jìn)一步推進(jìn)了綠色智慧礦山建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

陳亮，1987年出生，男，籍貫河南省舞陽縣，2012年7月畢業(yè)于河南理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，本科學(xué)歷，職稱：工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：煤礦機(jī)電自動(dòng)化新技術(shù)研究與應(yīng)用。