萊鋼地下通廊K1皮帶機安全本質化改造

王圣章

【摘 要】皮帶機地下通廊部分現(xiàn)場空間狹小，環(huán)境惡劣，操作人員作業(yè)時通訊設備不能保持通暢，人員互保聯(lián)保措施執(zhí)行不到位，存在安全隱患。通過物聯(lián)網技術對作業(yè)現(xiàn)場進行安全本質化改造，達到作業(yè)人員安全受控。

【關鍵詞】皮帶機；地下通廊；安全本質化

一、現(xiàn)狀

萊鋼集團銀山型鋼煉鐵廠現(xiàn)有2座1880m3高爐和一座3200m3高爐，年產生鐵600萬噸以上。3座高爐均采用噴吹煤粉技術，在煤粉倒運過程中用于輸送煤粉的K1皮帶全長330米，有200米的皮帶位于地下通廊。因為地下通廊內條件惡劣、空間狹小，并且手機無信號，通訊不能保持暢通，連對講機都無法通話，崗位人員進入地下通廊作業(yè)存在無法監(jiān)控的盲區(qū)，一旦出現(xiàn)危險無法及時發(fā)現(xiàn)并立即施救，存在安全隱患。

二、改進措施

為保證地下通廊內皮帶機崗位人員作業(yè)安全管控和通訊暢通，對K1皮帶進行地下通廊區(qū)域安全管理系統(tǒng)技術改造，實現(xiàn)安全本質化目標。皮帶區(qū)域安全管理系統(tǒng)是基于物聯(lián)網系統(tǒng)、計算機軟硬件技術、信息采集處理技術、網絡數(shù)據通訊技術、自動控制技術等多學科綜合應用為一體的信息交互系統(tǒng)，用于實現(xiàn)監(jiān)控中心與皮帶區(qū)域的音頻、視頻、數(shù)據三維安全交互管理，進而達到對該區(qū)域作業(yè)人員的安全生產科學管理的目標。本系統(tǒng)能實現(xiàn)型鋼煉鐵廠K1皮帶區(qū)域與負責該皮帶的值班班組之間的的視頻、音頻、數(shù)據的三維交互傳遞。其主要功能如下：

網絡覆蓋：實現(xiàn)整條皮帶區(qū)域的網絡覆蓋，為各應用系統(tǒng)提供網絡基礎支持

雙向語音通訊：工作人員在皮帶區(qū)域通過手持移動設備與值班班組人員之間進行實時雙向語音交流

視頻監(jiān)控：在值班班組能夠實時調取現(xiàn)場視頻圖像，也可通過設置的移動偵測告警或皮帶聯(lián)動告警進行相應視頻圖像的實時推送。

人員定位：對進入皮帶區(qū)域的人員進行實時定位，確定進入皮帶區(qū)域人員的數(shù)量及所處的位置。

皮帶報警聯(lián)動：利用紅外對射在皮帶附近設定危險區(qū)域，對進入危險區(qū)域的人員進行聲光報警提示。皮帶報警信號接入現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)告警信號的聯(lián)動控制。

三、設計方案

（一）方案概述。本系統(tǒng)包含五部分內容：基礎網絡部分、語音調度部分、綜合音視頻信息交互模塊、人員定位部分、皮帶報警聯(lián)動部分。

（二）功能模塊介紹

1.基礎網絡及數(shù)據服務器部分。網絡部分整個系統(tǒng)的基礎，所以構建一個運行穩(wěn)定、接入方式靈活的網絡系統(tǒng)是首要任務。本方案以有線網絡為主、無線網絡為輔的模式進行設計。無線AP采用隧道專用八木天線，它有很好的方向性，較偶極天線有高的增益。

2.語音調度部分。雙向語音通信是該系統(tǒng)需要解決的核心問題，但該系統(tǒng)應用范圍小、接入用戶數(shù)量少，如果部署大型語音調度系統(tǒng)將會造成大量的資源浪費。根據現(xiàn)場狀況做如下改進：充分利用萊鋼現(xiàn)有的IP調度系統(tǒng)平臺，將皮帶區(qū)域接入用戶作為調度系統(tǒng)的一個單獨的群組，利用群組權限設定實現(xiàn)群組與其他用戶的隔離，并實現(xiàn)群組內部人員之間的雙向語音對講與監(jiān)控中心對皮帶區(qū)域人員的廣播功能。因此只需要添加工業(yè)WIFI手機跟調度終端、購買相應授權就可以實現(xiàn)語音調度的所有功能。

3.綜合音視頻交互部分。視頻監(jiān)控系統(tǒng)有三部分組成：前端圖像采集系統(tǒng)（含供電系統(tǒng)）、傳輸系統(tǒng)、后端監(jiān)控管理系統(tǒng)。設計時將后端監(jiān)控管理系統(tǒng)接入萊鋼現(xiàn)有的視頻管理平臺，大大降低投資費用。根據現(xiàn)場特點，前端系統(tǒng)選用高清紅外IP攝像機，實現(xiàn)對整條皮帶及附近范圍的實時監(jiān)控，并充分利用監(jiān)控系統(tǒng)附帶的移動偵測功能實現(xiàn)進入皮帶區(qū)域人員的跟蹤定位。

動態(tài)偵測基本工作原理：整個監(jiān)控畫面被分成多個小區(qū)域，用戶可以任意選擇其中的區(qū)域，并且可以對選中的監(jiān)控區(qū)域進行1-20級的敏感度設置。 這樣當有東西移動時將被攝像機服務器檢測到并可進行相應的聯(lián)動。

利用動態(tài)偵測功能可實現(xiàn)對出入口和人員通道位置的區(qū)域設定，當有人員在該區(qū)域內移動時將圖像推送到監(jiān)控前臺，提醒監(jiān)管人員重點監(jiān)視。

該攝像機附帶雙向語音對講功能，在攝像機附近人員可通過安裝的拾音器與監(jiān)控中心人員進行雙向語音對講。監(jiān)控中心人員也可通過MAC 進行語音廣播，以應對各種突發(fā)事件。（該功能可作為語音調度系統(tǒng)的功能擴充，在語音調度系統(tǒng)無法正常工作時仍可以與現(xiàn)場工作人員進行有效的溝通）。

4.人員定位部分。系統(tǒng)采用區(qū)域三維空間可探測性設計，由區(qū)域控制哨兵準確的在監(jiān)控區(qū)域設置出0～5米半徑的近似球形空間監(jiān)控區(qū)域；工作人員攜帶電子標簽進入皮帶區(qū)域后，電子標簽被區(qū)域控制哨兵激活，向外發(fā)射自身ID號+區(qū)域控制哨兵ID號構成的定位無線信息；電子標簽發(fā)出的信號由附近的無線識別電子監(jiān)控基站讀取到，將信號獲取后傳送到后臺系統(tǒng)處理；

根據皮帶維護人員數(shù)量，配備30張電子標簽。

設備分布：

每隔50米安裝一臺基站設備，以太網有線方式通訊，共計6臺設備；哨兵采用3通道天線設備，可每30M一臺設備，定位精度5M，共計11臺設備。

5.皮帶報警聯(lián)動部分

該功能模塊主要由紅外對射探測器、報警控制器和聲光報警設備及通訊接口等硬件設備組成?？蓪崿F(xiàn)的主要功能：在皮帶正常運行過程中，人員靠近皮帶一定距離時啟動聲光報警器提示現(xiàn)場操作人員，并將告警信號上傳監(jiān)控中心。

工作人員必須靠近皮帶作業(yè)時可通知監(jiān)控中心撤防，防止無效的告警產生，在工作結束后重新進行布防。

紅外探測器選用三光束紅外探測器，在三束紅外光被遮擋時才進行告警，這樣能避免因粉塵等原因造成的誤告警。

（三）統(tǒng)一平臺軟件

統(tǒng)一平臺實現(xiàn)個子功能模塊的融合，將各子功能模塊中的視頻、音頻、數(shù)據作為資源進行統(tǒng)一顯示、處理。其結構如下圖所示：

（四）系統(tǒng)特點

在設計整個系統(tǒng)時，遵循先進性、實用性、易操作性、經濟性的原則。在保證必要的技術先進性和滿足生產、安全管理要求的前提下，盡量減少投資。充分利用現(xiàn)有網絡、語音調度資源，以達到節(jié)約成本，縮短工期，使系統(tǒng)早日投入使用的目的。保障建成后的系統(tǒng)技術先進、運行穩(wěn)定可靠、維護操作方便簡單、投資經濟有效。

四、實施效果

皮帶區(qū)域安全管理系統(tǒng)不僅可以解決通訊問題，還能監(jiān)控人員行為軌跡。本系統(tǒng)在2013年6月通過公司規(guī)劃部討論通過，9月施工完成進入試運行階段。系統(tǒng)試運行至今，崗位人員進入皮帶安全管理系統(tǒng)管轄的區(qū)域就進入了安全防護系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)越界、違規(guī)等行為，管理系統(tǒng)能及時報警并鎖定觀察現(xiàn)場的情況，便于施救，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，達到了預期目的，下一步逐漸在其余有類似情況的皮帶機上陸續(xù)安裝此系統(tǒng)。