自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)在煉鋼廠行車中的應(yīng)用研究

［摘 要］文章基于傳統(tǒng)行車監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)的弱點(diǎn)和不足，利用先進(jìn)的行車定位系統(tǒng)、視頻采集技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)，為煉鋼廠行車提供新的鋼包無(wú)線工位視頻監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)施方案和行車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控，保證吊包時(shí)吊鉤的精準(zhǔn)入位，增加了操作安全性。

［關(guān)鍵詞］自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；煉鋼廠；行車

［中圖分類號(hào)］TF71 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）04–0135–03

1 項(xiàng)目情況

某煉鋼廠現(xiàn)有41 部行車，其中高溫液體行車8 部，承擔(dān)著鐵水、鋼水、鋼渣等高溫液體的吊運(yùn)工作，其運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性對(duì)煉鋼廠安全管理工作至關(guān)重要。目前，行車自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制水平低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)行車司機(jī)不規(guī)范操作行為的有效監(jiān)督管控；行車移動(dòng)時(shí)，地面人員注意不到或聽不清行車警鈴提示，存在高空墜物傷害風(fēng)險(xiǎn)；人員上下行車時(shí)，存在行車對(duì)位不準(zhǔn)或突然移動(dòng)，人員擠壓傷害及高空墜落風(fēng)險(xiǎn)。

基于上述原因，山西首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司決定對(duì)高溫行車進(jìn)行本質(zhì)化安全整改。

2 綜合安全系統(tǒng)組成

2.1 鋼包無(wú)線工位視頻監(jiān)視系統(tǒng)

該系統(tǒng)利用先進(jìn)的行車定位系統(tǒng)、視頻采集技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)等，將工位視頻傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)行車駕駛室，清晰地顯示在畫面上，拉近和擴(kuò)展了行車工觀察吊鉤掛包的情況，保證吊包時(shí)吊鉤的精準(zhǔn)入位，增加了安全性，可減少失誤，避免事故的發(fā)生。

2.2 安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)組成如下。

（1）安全監(jiān)控管理器?？蓪?duì)行車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄、分析和診斷，是集預(yù)警、保護(hù)、統(tǒng)計(jì)于一體的綜合安全監(jiān)控系統(tǒng)和運(yùn)行信息管理平臺(tái)，能有效監(jiān)視行車各項(xiàng)運(yùn)行信息，記錄各種電氣節(jié)點(diǎn)的信號(hào)軌跡，協(xié)助分析事故原因，提供行車管理的決策支持等。工作人員能夠方便、清楚地監(jiān)測(cè)到行車設(shè)備的運(yùn)行情況，能夠?qū)Τ揄?xiàng)目進(jìn)行報(bào)警，并在顯示屏上顯示記錄，同時(shí)數(shù)據(jù)可導(dǎo)出打印作為業(yè)績(jī)考核和事故分析的重要依據(jù)，也能夠視頻監(jiān)控、存儲(chǔ)司機(jī)的操作行為，作為事故分析和行為糾正的依據(jù)。其可以有效預(yù)防和抑制事故的發(fā)生，杜絕安全生產(chǎn)隱患，便于安全監(jiān)管。

（2）投光燈。每部行車安裝6 盞投光燈，行車運(yùn)行時(shí)能夠在地面上顯示行車的運(yùn)行軌跡，使地面人員能夠及時(shí)有效避開，保證安全。

（3）上下行車激光定位。幫助行車準(zhǔn)確停在安全的登車位，保障人員上下行車安全。

3 實(shí)施方案

3.1 鋼包無(wú)線工位視頻監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)施方案

現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)跨需改造5 部行車12 個(gè)鋼包工位，其中加料跨2 部行車、3 個(gè)工位，鋼水跨3 部行車9 個(gè)工位。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意如圖1 所示。

（1）工作流程。行車在區(qū)域內(nèi)走行進(jìn)入工位時(shí)，駕駛室智能顯示設(shè)備會(huì)立即顯示該工位的視頻。走行在兩個(gè)工位之間，未到達(dá)具體工位時(shí)，駕駛室智能顯示設(shè)備不顯示圖像。

（2）行車定位（工位定位）子系統(tǒng)。在行車走行區(qū)域工位安裝電子標(biāo)簽，行車對(duì)應(yīng)位置安裝RFID 識(shí)別設(shè)備，當(dāng)行車到達(dá)電子標(biāo)簽處讀取標(biāo)識(shí)確定行車到達(dá)何處工位。

電子標(biāo)簽定位范圍3 m，到達(dá)標(biāo)簽前后1.5 m 范圍內(nèi)為進(jìn)入工位，開始顯示圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（3）工位視頻采集子系統(tǒng)。工位兩側(cè)安裝2 個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，從正面角度記錄鋼包耳軸位工作視頻（攝像頭具備防塵防震護(hù)罩，護(hù)罩具備風(fēng)冷接口，如果現(xiàn)場(chǎng)溫度較高使用方可以接入現(xiàn)場(chǎng)的壓縮空氣）。攝像頭安裝示意如圖2 所示。

（4）無(wú)線傳輸子系統(tǒng)。攝像頭采集的視頻通過光纖傳輸?shù)降孛鏌o(wú)線基站，再由車載無(wú)線基站接收視頻，最終傳至駕駛室顯示器。

（5）AI 智能識(shí)別系統(tǒng)。采用先進(jìn)的AI 技術(shù)完成視頻分析、邊緣計(jì)算，TPU 支持RISC-V 生態(tài)、支持DNN 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析、編譯和調(diào)整在邊緣設(shè)備中進(jìn)行實(shí)時(shí)推理，快速布署現(xiàn)有的主流模型或訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，智能判斷鉤頭與鋼包掛耳的入位情況，并提示行車司機(jī)。

（6）無(wú)線傳輸系統(tǒng)采用雙鏈路布局，損壞一個(gè)網(wǎng)橋的情況下仍能正常工作。

（7）多網(wǎng)橋覆蓋，自動(dòng)切換網(wǎng)橋無(wú)延時(shí)，保障視頻實(shí)時(shí)、清晰。

3.2 行車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)施方案

3.2.1 安全監(jiān)控管理器

行車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)通過對(duì)起重量限制、起升高度限制、超速保護(hù)等措施實(shí)現(xiàn)行車安全運(yùn)行，安全監(jiān)控設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

根據(jù)GB/T28264—2017《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中的要求，行車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)中采集、記錄的信號(hào)如下。

（1）起重量限制：取現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量。

（2）起升高度限位/ 下降深度限位：取現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量。

（3）運(yùn)行行程限位：取現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量。

（4）聯(lián)鎖保護(hù)（門限位/ 機(jī)構(gòu)運(yùn)行聯(lián)鎖）：取現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量。

（5）軌道運(yùn)行機(jī)構(gòu)防撞：取防撞信號(hào)進(jìn)入采集器。

（6）超速保護(hù)：取現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量。

（7）操作指令：從起重機(jī)操作觸點(diǎn)隔離采集信號(hào)。

（8）起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)：新配置安裝接近開關(guān)讀取制動(dòng)器狀態(tài)。

（9）起升高度/ 下降深度：新配置安裝絕對(duì)值編碼器或卷筒傳感器讀取起升高度/ 下降深度。

（10）起重量：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠提供起重量信號(hào)或買方更換帶輸出接口的儀表讀取到起重量。

（11） 大車走行位置：新配置安裝大車走行系統(tǒng)（電子標(biāo)簽方式）。

（12）小車走行位置：新配置安裝小車定位系統(tǒng)（激光測(cè)距），記錄小車位置。

（13）工作時(shí)間。

（14）累計(jì)工作時(shí)間。

（15）每次工作循環(huán)。

（16）視頻監(jiān)控：安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭觀察吊點(diǎn)和駕駛室內(nèi)司機(jī)行為。

（17）智能區(qū)域報(bào)警裝置：安裝人工智能區(qū)域報(bào)警裝置監(jiān)測(cè)行車平臺(tái)登機(jī)區(qū)域上是否有人并報(bào)警。

（18）地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)：將監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和視頻傳輸至地面服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)在地面觀看行車數(shù)據(jù)和視頻。

3.2.2 除所列信息采集外的功能

除上述所列的條款外，根據(jù)GB/T28264—2017《起重機(jī)械安全監(jiān)控管理系統(tǒng)》中的規(guī)定，電氣監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)具有下列功能：①系統(tǒng)應(yīng)對(duì)行車運(yùn)行狀態(tài)及故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。②系統(tǒng)應(yīng)對(duì)行車運(yùn)行狀態(tài)及故障信息進(jìn)行歷史追溯。③系統(tǒng)具有自診斷功能。在開機(jī)時(shí)應(yīng)具有自檢程序；對(duì)警報(bào)、顯示等功能進(jìn)行驗(yàn)證；在系統(tǒng)自身發(fā)生故障而影響正常使用時(shí)，能立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。④行車運(yùn)行有危險(xiǎn)時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。⑤系統(tǒng)信息的采集應(yīng)滿足實(shí)時(shí)性要求，存儲(chǔ)應(yīng)滿足原始完整性要求。⑥系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息應(yīng)包含數(shù)據(jù)的編號(hào)、時(shí)間和日期。⑦在運(yùn)行周期內(nèi)系統(tǒng)的采樣周期不應(yīng)大于100 ms。⑧數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間不應(yīng)少于1 a 連續(xù)工作日。⑨系統(tǒng)的管理應(yīng)由經(jīng)授權(quán)的人員進(jìn)行。

3.2.3 系統(tǒng)軟件界面

（1）開機(jī)界面。設(shè)備通電自動(dòng)啟動(dòng)，主界面啟動(dòng)后開始設(shè)備自檢，對(duì)系統(tǒng)自身所有設(shè)備進(jìn)行檢查，以防由于自身問題導(dǎo)致誤報(bào)。

（2）系統(tǒng)主界面。設(shè)備自檢結(jié)束軟件進(jìn)入主界面工作。主界面分為3 部分，上面左側(cè)是行車俯視圖，顯示小車的狀態(tài)；上面右側(cè)是起重機(jī)側(cè)視圖，可以看到行車動(dòng)畫的顯示，有數(shù)據(jù)的主副鉤位置和實(shí)時(shí)稱重量。界面下方是行車各種限位和制動(dòng)器的狀態(tài)顯示。

（3）數(shù)據(jù)界面。界面上部分顯示各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，下部分仍然顯示限位等重要信息。

（4）查詢界面。采取多種方式查詢，支持按照時(shí)間段、設(shè)備類型、事件狀態(tài)等多種方式查詢。查詢結(jié)果可以導(dǎo)出EXCEL 格式，U 盤自動(dòng)導(dǎo)出。

（5）設(shè)置界面。設(shè)置用戶信息、用戶權(quán)限；設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間、時(shí)間校準(zhǔn)；設(shè)置設(shè)備使用壽命；設(shè)置報(bào)警輸出。

（6）數(shù)據(jù)分析。通過采集到的開關(guān)量、模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行圖標(biāo)顯示，協(xié)助分析起重機(jī)工作狀態(tài)、事故原因等。

3.2.4 系統(tǒng)設(shè)備

（1）記錄儀主機(jī)。通過觸摸操作，方便快捷地進(jìn)行查詢、數(shù)據(jù)保存及提取，具有USB 接口，可隨時(shí)根據(jù)需要拷貝相關(guān)數(shù)據(jù)，用于分析處理。顯示屏：22寸多觸點(diǎn)觸摸屏。

（2）采集器。采用先進(jìn)的TCP/IPModbus 協(xié)議可接駁MES、ERP、MIS 等企業(yè)級(jí)管理系統(tǒng)，可被遠(yuǎn)程訪問，調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)到非正常的工作狀態(tài)后，控制系統(tǒng)自動(dòng)保存報(bào)警數(shù)據(jù)及做出輸出控制，實(shí)現(xiàn)保護(hù)起重機(jī)的安全。

具備實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、即時(shí)反饋、自動(dòng)處理、自動(dòng)傳輸功能，保證了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性、實(shí)時(shí)性、可用性。其具有一體性、機(jī)動(dòng)性、體積小、重量輕、高性能等特點(diǎn)。提供24 VDC56 路輸入（可更換220 V AV 繼電器）。

（3）攝像機(jī)。在行車上安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，用于視頻監(jiān)控吊點(diǎn)和駕駛室內(nèi)司機(jī)行為。系統(tǒng)所采集的視頻信息可以存儲(chǔ)到黑匣子機(jī)柜內(nèi)，保存不少于72 h 記錄?？梢酝ㄟ^顯示屏觀測(cè)到實(shí)時(shí)視頻或回放視頻信息。攝像機(jī)同時(shí)配備防塵、防震、防熱輻射防護(hù)罩。

（4）系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件能夠顯示、記錄、分析、報(bào)警行車的運(yùn)行狀態(tài)和分析數(shù)據(jù)，能夠根據(jù)運(yùn)行時(shí)間提示維護(hù)和操作人員行車的大小車、鋼絲繩、抱閘等所有設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行次數(shù)，并進(jìn)行更換和維修預(yù)警，預(yù)留監(jiān)控接口，無(wú)線通訊有足夠帶寬預(yù)留。

行車安全記錄儀（黑匣子）系統(tǒng)主機(jī)安裝在司機(jī)室，在司機(jī)室合適位置安裝，將監(jiān)控界面和運(yùn)行信息在司機(jī)室顯示，方便操作人員實(shí)時(shí)觀看。

（5）投光燈。投光燈安裝在行車箱梁上，行車運(yùn)行時(shí)能夠在地面上顯示行車的運(yùn)行軌跡，避免地面走入危險(xiǎn)區(qū)域。每部行車設(shè)計(jì)6 個(gè)投光燈完成現(xiàn)場(chǎng)警示作用。行車南北大梁各安裝3 個(gè)投光燈，3 個(gè)投光燈投射圖案拼接為一個(gè)整體圖案，完成行車下方危險(xiǎn)區(qū)域提示功能。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝為：每臺(tái)行車安裝6 臺(tái)投光燈，將地面危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)域圈定到一定范圍內(nèi)，能夠有效地提示地面作人員注意上方的不安全因素，從而預(yù)防事故的發(fā)生。

（6）上下車激光定位。在適當(dāng)位置設(shè)置反光板定位登車口停車位，當(dāng)行車行至此處輸出登車口激光傳感器檢測(cè)到反光板位置，系統(tǒng)輸出聯(lián)動(dòng)信號(hào)（一個(gè)開關(guān)量給登車口電磁鎖），當(dāng)行車駛出此位置關(guān)閉輸出。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高空行車裝上行車安全監(jiān)控管理器、行車運(yùn)行投光燈及行車定位等設(shè)備后，一個(gè)人既可以近距離觀測(cè)目標(biāo)，又可以遠(yuǎn)距離控制設(shè)備，無(wú)需兩個(gè)人配合，即可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控，保證吊包時(shí)吊鉤的精準(zhǔn)入位，增加了操作安全性，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

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