基于工業(yè)電視攝像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與方案討論

何依璘

【摘要】工業(yè)電視用于監(jiān)視工業(yè)生產(chǎn)過程及其環(huán)境的電視系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、傳輸通道、控制器和監(jiān)視器組成。我國(guó)礦井下用的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，一般采用固定式安裝方式。本文試制了一套地面可控、可移動(dòng)攝像儀，可以遠(yuǎn)距離地移動(dòng)，近距離觀察機(jī)電設(shè)備及井下皮帶的運(yùn)行狀態(tài)，能及時(shí)視察設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)防機(jī)電設(shè)備事故的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】攝像系統(tǒng) 工業(yè)電視 設(shè)計(jì)方案

一 工程概況

工業(yè)電視用于監(jiān)視工業(yè)生產(chǎn)過程及其環(huán)境的電視系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由攝像機(jī)、傳輸通道、控制器和監(jiān)視器組成?；诖?，某礦井下一變電所硐室內(nèi)試制安裝一套長(zhǎng)100m跑道的可控、可移動(dòng)攝像儀。設(shè)想用小型防爆步進(jìn)電機(jī)來(lái)做驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，推（拉）動(dòng)攝像頭做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)攝像儀做前或后移動(dòng)。其特點(diǎn)是：步進(jìn)電機(jī)的體積小、重量輕、精度高、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低、控制靈活可靠，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)保護(hù)。安全系數(shù)高，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化的控制。首先，在地面上安裝固定滑道（長(zhǎng)約50m）做實(shí)驗(yàn)，攝像儀距地面2m， 將監(jiān)視攝像儀安設(shè)在能用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)行走的小車上，再把小車裝進(jìn)特制的跑道里，步進(jìn)防爆電機(jī)通過地面工業(yè)電視主控箱的不同功能的操縱，編碼器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，需用不同的轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)小車向前或向后行走，而使攝像儀移動(dòng)。攝像儀的運(yùn)行速度可控制在3-20m/min之間，根據(jù)實(shí)際情況即可設(shè)置自動(dòng)循環(huán)監(jiān)控和人工手動(dòng)控制調(diào)整，以適合不同場(chǎng)合的工作需要，達(dá)到最佳的圖像傳輸效果。

二 系統(tǒng)主成

系統(tǒng)主要由地面部分和井下部分構(gòu)成。地面部分主要由電視墻、控制系統(tǒng)、地面光端機(jī)等組成；井下主要由井下光端機(jī)、防爆步進(jìn)電機(jī)、PLC控制箱、防爆攝像儀、防爆電源、滑道及小跑車組成。系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1。

三 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 圖像采集與傳輸。井下攝像儀所拍攝的視頻圖像的電信號(hào)傳輸?shù)骄鹿舛藱C(jī)處理，轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，再經(jīng)過光纜傳輸?shù)骄诠舛藱C(jī)處理，變換回視頻信號(hào)后傳到圖像顯示終端。圖像采集與傳輸如圖2所示。

2 地面與井下控制實(shí)現(xiàn)與信號(hào)傳輸?？紤]攝像儀數(shù)據(jù)信息量比較大，因而地面與井下的信號(hào)采用光纖傳輸。當(dāng)操縱地面工業(yè)電視主機(jī)上控制鍵左（右）鍵或操縱擺桿時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)通過控制編碼器發(fā)出左（右）控制電信號(hào)，將此信號(hào)傳輸?shù)降孛婀舛藱C(jī)處理，使電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過光纜傳輸?shù)骄鹿舛藱C(jī)。井下光端機(jī)把光信號(hào)再轉(zhuǎn)換成控制電信號(hào)，經(jīng)過解碼控制器處理成所需的控制信號(hào)傳輸?shù)椒辣刂葡涮幚?，最后將處理后的信息?jīng)PLC進(jìn)入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。地面與井下傳輸框圖如圖3所示。

3攝像儀移動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)。制器發(fā)送來(lái)的控制，經(jīng)接口電路轉(zhuǎn)換成光電隔離后，由控制板電路來(lái)接收、處理控制信息，處理后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路到繼電器電路控制板，來(lái)控制多功能電源箱，以便控制步進(jìn)電機(jī)的反正轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)變速后帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳速來(lái)帶動(dòng)小車前后行走，以達(dá)到左（右）拉動(dòng)攝像儀的目的。另外，通過變速箱來(lái)提高驅(qū)動(dòng)扭矩力?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的脈沖發(fā)送頻率就能改變攝像儀的移動(dòng)速度，左（右）鍵松開后，攝像儀就停止移動(dòng)運(yùn)行。為防止攝像儀在移動(dòng)至滑道兩端停止點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)失控現(xiàn)象，在滑道兩端的臨界停止點(diǎn)，各安裝兩套電控和磁控兩級(jí)保護(hù)限位開關(guān)，使攝像儀在到達(dá)設(shè)定的指定位置時(shí)，能及時(shí)停止步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，以防損壞攝像儀的設(shè)備。其原理如圖4所示。

4 整體實(shí)現(xiàn)步驟。（1）可控可移動(dòng)攝像儀選擇彩色防爆攝像儀。光圈、焦距可控可調(diào)小型萬(wàn)能云臺(tái)與一體的高清晰攝像儀。該攝像儀應(yīng)選擇全方位變速云臺(tái)和多功能解碼控制器于一體的防爆監(jiān)控產(chǎn)品，適用于煤礦等爆炸環(huán)境的井下。（2）雙向ASI-TS流數(shù)字視頻光端機(jī)。ASI-TS是高可靠、高性能的串行數(shù)字光傳輸設(shè)備，用于數(shù)字傳輸業(yè)務(wù)的延伸，可實(shí)現(xiàn)2點(diǎn)之間TS流信號(hào)的雙向互傳。可以將一路最大輸入數(shù)據(jù)速率達(dá)到270Mbps的TS流經(jīng)過高精度PCR校正后調(diào)制成一路光信號(hào)高速碼流在光纖中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，基于單芯光纖傳輸雙向270M標(biāo)準(zhǔn)的MPEG-2/DVB ASI碼流。ASI-TS光端機(jī)完全兼容HDTV的高清晰度數(shù)字電視信號(hào)。（3）單相混式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)。（4）跑道及小車部分。跑道與滑車部分的制作有某礦機(jī)械廠加工。跑道用阻燃防靜電耐磨高強(qiáng)度塑料注塑而成。做成10m一段，兩個(gè)跑道之間的連接用5mm厚的鋼板縫合起來(lái)，接縫處要平滑，縫隙的間隙不大于2mm為宜。并吊掛在固定的三腳架上，將跑車（用不銹鋼板焊接，由防爆步進(jìn)電機(jī)，減速箱及驅(qū)動(dòng)齒輪及4個(gè)跑輪構(gòu)成）安裝在滑道的下方，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)就能帶動(dòng)攝像儀在跑道上平穩(wěn)的運(yùn)行。

四 安裝與調(diào)整

（1）以上設(shè)備制作調(diào)試完成后進(jìn)行總的組裝。（2）先把50m長(zhǎng)的固跑道水平安裝離地面2m高的三角形吊架上、把步進(jìn)電機(jī)的總成安裝在小車上，攝像儀固定在小車的一端。（3）把小車調(diào)試好后放進(jìn)跑道，兩端用擋板進(jìn)行固定，以防小車滑出。（4）在跑道兩端停止臨界點(diǎn)安裝兩級(jí)電控和磁控保護(hù)開關(guān)，以確保攝像儀工作運(yùn)行的安全性。（5）電氣的連接按說(shuō)明書連接，接上電源。（6）光纜及控制線固定在一起后，用吊環(huán)掛在跑道一側(cè)的鋼絲繩上，鋼絲繩用直徑8mm制作長(zhǎng)度與跑道一樣長(zhǎng)短。線路跟隨攝像機(jī)在鋼絲繩上來(lái)回滑動(dòng)。（7）各部件安裝好后，可以進(jìn)行通電調(diào)試工作。經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間性能穩(wěn)定可靠后，組織專家驗(yàn)收論證再安裝井下東翼區(qū)域變電所內(nèi)進(jìn)行使用。

參考文獻(xiàn)

【1】李金伴、李捷輝，“工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn)教程”，化學(xué)工業(yè)出版社，2011

【2】羅世偉、 鄒開耀，“視頻監(jiān)控系統(tǒng)原理及維護(hù)”，電子工業(yè)出版社，2007