錦界煤礦變電所智能安防監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

[摘 ?要]本文著重介紹了錦界煤礦中央二號變電所采用信息化手段采取的安全管理措施，通過安裝在變電所變配電設(shè)備周圍的智能攝像頭和傳感器，對供電設(shè)備環(huán)境進行全方位監(jiān)測，同時變電站作為電力系統(tǒng)重要的安全生產(chǎn)場所，作業(yè)人員必須在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)工作而不能擅自超越工作范圍，我們應(yīng)用了智能門禁防闖入系統(tǒng)加強了變電所的安全運行。

[關(guān)鍵詞]安防監(jiān)控;門禁系統(tǒng);智能攝像儀;無人值守

中圖分類號：X936 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）23-0396-03

1 前言

隨著數(shù)字化礦山的要求和發(fā)展，全國各煤炭企業(yè)都致力于提高煤礦的信息化和自動化水平，但井下變電所，水泵房等重要場所，依然采用的是普通的機械鎖，存在巨大的安全隱患，一旦非工作人員非法進入，對運行設(shè)備進行誤操作，將造成無法彌補的損失。另外井下變電所電氣設(shè)備的缺陷檢修或設(shè)備的常規(guī)檢查等定性狀態(tài)信息采用手工記錄，常會出現(xiàn)記錄不完整，容易丟失等情況，特別是一些嚴(yán)重缺陷未能及時上報和處理，從而可能導(dǎo)致嚴(yán)重事故，造成不必要的損失。

在煤礦供電系統(tǒng)中，由于電能輸送、分配和使用的連續(xù)性，對系統(tǒng)中各設(shè)備單元的安全、可靠運行都有很高的要求。因此，提升變電所安防系統(tǒng)的信息化管理至關(guān)重要，實現(xiàn)礦井變電所的電氣設(shè)備的自動巡檢和門禁系統(tǒng)的智能管理，可以大大提高礦井的供電安全、設(shè)備的高效管理，這對煤礦的高產(chǎn)高效起到舉足輕重的作用。

2 變電所智能軌道巡檢系統(tǒng)

錦界煤礦中央2號變電所內(nèi)共有高壓開關(guān)柜85臺，主要負(fù)責(zé)礦井二、四盤區(qū)的通風(fēng)、排水、生產(chǎn)供電，變電所內(nèi)實現(xiàn)無人值守后，現(xiàn)場設(shè)備硬件有什么問題，或按鈕實際位置狀態(tài)，調(diào)度室不能遠(yuǎn)程準(zhǔn)確查看，通知井下檢修人員到現(xiàn)場查看費時費力，為解決這一問題，錦界礦在井下中央2號電所內(nèi)設(shè)計安裝了一套智能軌道式巡檢機器人，在地面調(diào)度室可遠(yuǎn)程移動操作監(jiān)控攝像機，實時查看每臺高壓柜的現(xiàn)場顯示狀態(tài)及完好情況，同時該智能監(jiān)控系統(tǒng)還具有當(dāng)某臺開關(guān)柜有報警或故障時，監(jiān)控攝像機會自動移動至指定高壓柜前方，方便人員遠(yuǎn)程查看。

2.1 系統(tǒng)組成及功能

該智能軌道巡檢機器人具有自動巡檢功能，通過簡單設(shè)置，對區(qū)域內(nèi)設(shè)備自動巡檢，巡檢機器人可在規(guī)定時間內(nèi)完成對目標(biāo)設(shè)備的巡檢功能。將智能巡檢機器人控制中心接入調(diào)度控制系統(tǒng)中，當(dāng)高壓柜進行分合閘操作時，智能巡檢機器人會自動移動到當(dāng)前需要操作的高壓柜處，可遠(yuǎn)程近距離的監(jiān)督現(xiàn)場操作執(zhí)行情況。調(diào)度室也可根據(jù)需求，手動遠(yuǎn)程調(diào)整巡檢機器人的位置，視頻視角360°可調(diào)，并具有放大、縮小、調(diào)焦、調(diào)光、左行、右行、抓拍等功能。智能軌道式巡檢機器人由控制中心、電機驅(qū)動、軌道總成組成，通過掛載高清攝像機，實現(xiàn)視頻采集、巡檢功能，系統(tǒng)支持TCP/IP協(xié)議或RS485協(xié)議控制運行，設(shè)備具有在線遠(yuǎn)程遙控功能。

（1）軌道監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)：采用集中管理、分層控制的系統(tǒng)架構(gòu)，分為監(jiān)控中心端、管理服務(wù)器和變電站端三層，變電站端由攝像機、報警控制器、視頻處理單元等信號采集設(shè)備組成， 管理服務(wù)器對各變電站端的視頻處理單元進行集中管控，為監(jiān)控中心提供對視頻處理單元尋址功能，向視頻處理單元轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控中心的控制命令，并完成對系統(tǒng)用戶管理和記錄日志等，監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站和網(wǎng)上終端用戶組成。

（2）軌道巡航系統(tǒng)及視頻服務(wù)器等硬件設(shè)施：軌道巡航系統(tǒng)包括軌道、可移動小車、固定架、控制自檢系統(tǒng)、動力傳感系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)攝像機。首先安裝固定架，將軌道與滑觸線平行安裝在固定架上，將網(wǎng)絡(luò)攝像機、動力傳感系統(tǒng)、控制自檢系統(tǒng)安裝在可移動小車上，可移動小車安裝在軌道上，通過皮帶連接可移動小車，點位自檢裝置分別安裝在軌道的兩端與動力傳感系統(tǒng)電信號連接，從功能上分為不定向巡航、控制自檢、承載動力等幾個部分。視頻處理單元是變電站端的核心設(shè)備，應(yīng)用專業(yè)品牌視頻服務(wù)器，完成站內(nèi)所有音視頻信號及環(huán)境信息等控制器信息的解編碼、轉(zhuǎn)換處理、存儲和上傳等功能。

（3）智能巡檢系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)的聯(lián)動：利用系統(tǒng)高度模塊化、信息化特點，實現(xiàn)與變電所內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)的聯(lián)動，當(dāng)變電所內(nèi)某臺配電柜發(fā)生繼電保護動作、斷路器、隔離開關(guān)變位等事件時，系統(tǒng)主機發(fā)送控制命令至移動小車及攝像機，移動小車根據(jù)控制命令迅速移動至軌道的指定位置，并進行視頻信號采集、傳輸與存儲，從而實現(xiàn)對電氣設(shè)備的實時監(jiān)控。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用情況

通過應(yīng)用變電所智能軌道巡檢系統(tǒng)，有效解決了無人值守變電所內(nèi)設(shè)備多、高壓設(shè)備對巡檢人員存在安全隱患，以及時間較長后巡檢人員可能存在惰性，導(dǎo)致巡檢工作疏忽等問題，并實現(xiàn)與自動化系統(tǒng)的聯(lián)動，確保及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常并報警，提高了調(diào)度人員對數(shù)字化變電站的遙視監(jiān)控能力，縮短了變電設(shè)備的故障發(fā)現(xiàn)時間與缺陷排除的時間，進一步確保了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。目前該智能軌道式巡檢機器人在錦界礦中央二號變電所內(nèi)運行正常，在運行過程中可實時將設(shè)備運行情況和保護器顯示的故障原因上傳至智能控制中心，為地面操作人員遠(yuǎn)程快速處理故障提供了依據(jù)。同時在員工停送電操作時，可遠(yuǎn)程近距離的監(jiān)督現(xiàn)場操作情況，發(fā)現(xiàn)問題，及時糾正，確保員工規(guī)范操作。

3 無人值守變電所門禁管理系統(tǒng)

門禁控制系統(tǒng)作為一種出入口監(jiān)控管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)控各通道的情況，實現(xiàn)對各通道的人員進出管理，限制未授權(quán)的人員進入特定區(qū)域。井下無人值守變電所門禁管理系統(tǒng)采用全新的設(shè)計思路，在門體設(shè)計方面，改變了傳統(tǒng)的礦用門的樣式，使門體結(jié)構(gòu)更加結(jié)實，外觀更加漂亮，在防火、通風(fēng)、防塵方面效果更加明顯;在門禁系統(tǒng)方面，采用類似樓宇小區(qū)的門禁系統(tǒng)設(shè)計，刷卡開門，延時一段時間后自動閉鎖，可遠(yuǎn)程遙控開門。為保證系統(tǒng)的安全性，讀卡器、開門按鈕、電磁鎖等配件全部集成在礦用門上，電氣線纜都在門體內(nèi)部，使變電所門整體結(jié)構(gòu)整潔美觀，可以防止變電所從外部進行破壞。

3.1 系統(tǒng)組成

智能門禁系統(tǒng)由礦用本安型澆封電源為門禁控制分站提供本安電源，電磁鎖、開門按鈕和讀卡器全部集成在新型礦用門上，由門禁控制分站控制。門禁控制分站的數(shù)據(jù)通過井下交換機接入井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，最終上傳到調(diào)度室的上位機中，通過智能門禁系統(tǒng)管理軟件可實現(xiàn)對井下門禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集和實時顯示。

3.2 系統(tǒng)通訊

智能門禁系統(tǒng)通訊示意圖如圖2所示，門禁控制分站分別為讀卡器、電磁鎖供電，并與讀卡器、按鈕開關(guān)和電磁鎖之間進行數(shù)據(jù)通訊。門禁控制分站讀取讀卡器的刷卡信息并存儲，當(dāng)刷卡時，門禁控制分站控制礦用門開啟。電磁鎖為門禁控制分站提供門狀態(tài)信號，門禁控制分站通過門狀態(tài)信號判斷門的開、閉狀態(tài)。按鈕開關(guān)為門禁控制分站提供開關(guān)量信號，按下按鈕時，門禁控制分站控制礦用門打開。

門禁控制分站與環(huán)網(wǎng)交換機通訊采用TCP/IP通訊或者485通訊方式，當(dāng)門禁控制分站距離環(huán)網(wǎng)交換機近時采用TCP/IP通訊方式，門禁控制門站通過網(wǎng)線接入網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，當(dāng)通訊距離遠(yuǎn)時，采用485通訊方式，末端通過485轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊轉(zhuǎn)成網(wǎng)線接入網(wǎng)絡(luò)交換機實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。門禁系統(tǒng)也可單機使用，即不需要聯(lián)網(wǎng)就可以實現(xiàn)本地刷卡開門，實現(xiàn)本地控制，并可以記錄24萬條刷卡記錄，當(dāng)數(shù)據(jù)超出后，新數(shù)據(jù)將自動覆蓋舊數(shù)據(jù)。

以上通訊電路針對煤礦井下的工作環(huán)境，均設(shè)采用了抗干擾電路設(shè)計，可有效降低煤礦井下環(huán)境對通訊傳輸?shù)挠绊?，保證傳輸?shù)木嚯x。

3.3 系統(tǒng)工作原理

工作人員在門外刷卡，讀卡器用來讀取工作人員的智能卡信息，再轉(zhuǎn)換成電信號發(fā)送到門禁控制分站中，分站根據(jù)接收到的卡號，通過程序判斷該持卡人是否有授權(quán)在此時間段可進入門內(nèi)，若刷卡人員有權(quán)限進入，門禁控制分站控制電磁鎖開啟，工作人員可進入門內(nèi)，門扇關(guān)閉后若干秒后（可設(shè)置），門禁控制分站控制電磁鎖自動吸合，鎖緊礦用門。若工作人員無權(quán)限，則刷卡無效，讀卡器報警，以示門卡無效。工作人員在門內(nèi)時，按下出門按鈕可，門禁控制器控制電磁鎖開啟，工作人員可直接出門，若干秒后，門禁控制分站控制電磁鎖自動吸合。

對于聯(lián)網(wǎng)型門禁系統(tǒng)，即實現(xiàn)門禁控制分站與上位機通訊，上位機可下發(fā)控制命令控制分站開啟被控門，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。上位機也可以向門禁控制分站下發(fā)刷卡人授權(quán)信息設(shè)置刷卡人權(quán)限。門禁控制分站可以將采集到的刷卡信息、門的開閉狀態(tài)信息、按鈕開關(guān)信息等數(shù)據(jù)傳到上位機，在上位機軟件可實時顯示和查詢這些歷史信息，從而實現(xiàn)對井下門禁系統(tǒng)的實時監(jiān)控。單個控制分站就可以組成一個簡單的門禁系統(tǒng)，用來管理一個或兩個門。多個控制分站通過通信網(wǎng)絡(luò)同計算機連接起來就組成了整個礦山企業(yè)的門禁管理系統(tǒng)。

3.4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式

煤礦井下一卡通門禁系統(tǒng)采用新型礦用門設(shè)計，在防塵、防火等方面做了特殊的設(shè)計，并且將讀卡器和電磁鎖等配件全部鑲嵌在門扇上，走線也全部從門扇和門框內(nèi)走，在變電所外面完全看不到接線，不僅結(jié)實美觀，更增加了礦用門的安全性。新型礦用門的門框和門扇摒棄了傳統(tǒng)的角鋼結(jié)構(gòu)，骨架采用鋼管的形式，相比之下，新型礦用門結(jié)構(gòu)更加結(jié)實，樣式更為美觀。小門扇與大門扇之間設(shè)有石棉密封條，耐高溫，關(guān)閉后密封嚴(yán)實，防火、防塵俱佳。

讀卡器和按鈕開關(guān)安裝在左側(cè)門扇上，如圖7所示，其走線全部在門扇內(nèi)部，讀卡器安裝在門的外側(cè)，按鈕開關(guān)安裝在門的內(nèi)側(cè)，在門外刷卡開門，在門內(nèi)按按鈕開門。

電磁鎖由鎖體和銜鐵兩部分組成，電磁鎖鎖體嵌在門扇的壓條內(nèi)，銜鐵嵌在右側(cè)門扇邊緣，當(dāng)電磁鎖鎖體通電時產(chǎn)生吸力，當(dāng)門扇關(guān)閉時，鎖體吸合銜鐵，形成門的閉鎖。

小門扇為通風(fēng)窗，門扇內(nèi)側(cè)為通風(fēng)鋼網(wǎng)，鋼網(wǎng)采用兩層設(shè)計，中間夾有防塵棉，可有效防止外部灰塵進入變電所內(nèi)部，保護了變電所的干凈整潔。鋼網(wǎng)上側(cè)采用壓片設(shè)計，松開壓片，可將防塵棉取出進行更換和清洗。門框底側(cè)固定在下側(cè)的防水石門檻上，底側(cè)門框與兩側(cè)門框連接采用可拆卸設(shè)計，當(dāng)變電所需要進大型設(shè)備需要破壞防水石門檻時，底側(cè)門框可拆下，從而不破壞門的結(jié)構(gòu)。

門禁系統(tǒng)走線如圖8所示，在門扇內(nèi)側(cè)讀卡器、開門按鈕和電磁鎖旁邊內(nèi)嵌入接線盒，方便接線和檢修，引線從接線盒出來，從門扇的方管內(nèi)引至門框上方，引入室內(nèi)。室內(nèi)也設(shè)有接線盒，方便與控制分站接線與檢修。變電所外側(cè)看不到任何接線，此種設(shè)計可以防止蓄意破壞，保證變電所的安全。

3.5 門禁一卡通技術(shù)實現(xiàn)

一卡通系統(tǒng)最根本的需求是“信息共享、集中控制”，因此一卡通系統(tǒng)的設(shè)計不應(yīng)是各單個功能的簡單組合，而是從統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的身份認(rèn)證體系、數(shù)據(jù)傳輸安全、各類管理系統(tǒng)接口、異常處理等軟件總體設(shè)計思路的技術(shù)實現(xiàn)考慮，使各管理系統(tǒng)，各門禁讀卡終端設(shè)備綜合性能的智能化達(dá)到最佳系統(tǒng)設(shè)計。

門禁軟件采用服務(wù)器+工作站的形式的模塊化技術(shù)，這種結(jié)構(gòu)便于不同的職能部門根據(jù)權(quán)限來進行獨立管理避免權(quán)限交叉管理出現(xiàn)混亂。如服務(wù)器數(shù)據(jù)工作站用于數(shù)據(jù)處理，維護工作站用于系統(tǒng)維護，巡更工作站用于保安管理，訪客工作站應(yīng)用訪客的管理。另外，本系統(tǒng)還設(shè)計了專業(yè)的OPC接口，通過這個接口可以方便的將門禁系統(tǒng)集成到其他自控系統(tǒng)。

4 總結(jié)

錦界煤礦在數(shù)字礦山項目整體推進的過程中，適時提出井下無人值守變電所智能軌道巡檢系統(tǒng)和智能門禁管理系統(tǒng)的設(shè)計和實施，無疑是對數(shù)字礦山關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項目的有效補充。變電所智能安防系統(tǒng)的實施為井下變電所的標(biāo)準(zhǔn)化管理、安全運行提供了保障，將礦井變電所自動化、信息化深度融合，大大提升了整個礦井的安全管理水平。

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作者簡介

鄔永權(quán)（1972—），男，內(nèi)蒙鄂爾多斯市人，工程師，1996年7月畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，采礦專業(yè)，現(xiàn)任神東煤炭集團錦界煤礦管理處副礦長。