王君敏 趙明 朱文東
（鞍鋼股份有限公司煉焦總廠鞍山114021）
【摘要】論述了皮帶系統(tǒng)智能安防控制系統(tǒng)餉應(yīng)用。系統(tǒng)通過(guò)采用視覺(jué)安防技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、人工智能技術(shù)、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了對(duì)人員、設(shè)備的安全檢測(cè)，避免了皮帶運(yùn)行中人身、設(shè)備事故的發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】視覺(jué)安防；模式識(shí)別；遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷；安全生產(chǎn)
1概述
皮帶通廊的作用主要是運(yùn)輸煤和焦炭。由于現(xiàn)場(chǎng)光線暗、粉塵大、通道狹窄等原因，工作人員在巡檢、檢修時(shí)極易發(fā)生人身傷害事故，因此，在皮帶系統(tǒng)安裝一套智能安防控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。傳統(tǒng)安防系統(tǒng),缺少對(duì)視頻內(nèi)容的解析,需要人員緊密配合，才能較好實(shí)現(xiàn)“安防”的使命。從安防應(yīng)用角度看，視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的視頻監(jiān)控向智能安防、智慧安防方向發(fā)展，智能化成為安防行業(yè)新的發(fā)展方向。目前，智能安防技術(shù)的人員檢測(cè)、人員定位、人員運(yùn)動(dòng)特征識(shí)別已獲得成熟的應(yīng)用，并隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，日益成熟。將現(xiàn)代視覺(jué)安防技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷技術(shù)等應(yīng)用到皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，對(duì)人員、設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)安全檢測(cè)，可為人員提供一道安全防線,避免皮帶運(yùn)行中對(duì)人身的傷害，保證安全生產(chǎn)。
2安防目標(biāo)
2.1加強(qiáng)皮帶通廊人行過(guò)道區(qū)域監(jiān)控監(jiān)管力度
傳統(tǒng)視頻監(jiān)控雖然也是24 h實(shí)時(shí)監(jiān)控,但是需要當(dāng)班值守人員時(shí)刻注意監(jiān)控畫(huà)面，一旦關(guān)注度不足，就不能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控,致使監(jiān)控系統(tǒng)未發(fā)揮作用，將監(jiān)控能力與用戶關(guān)注度完全綁定, 這是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的漏洞。而新系統(tǒng)增加了視頻流自解析模塊，除了當(dāng)班值守人員監(jiān)管人工過(guò)道畫(huà)面外，增加自解析通道，因此，本項(xiàng)目實(shí)施后,將加強(qiáng)皮帶通廊人行過(guò)道區(qū)域監(jiān)控監(jiān)管力度。
2.2降低事故率
除常規(guī)皮帶通廊的人行過(guò)道區(qū)域監(jiān)控外，新系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位作業(yè)人員所在位置，如果越過(guò)隔離區(qū)，軟件系統(tǒng)可通知控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制系統(tǒng)以最快的速度發(fā)岀聲光警示并迅速將皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，減少了事故反應(yīng)時(shí)間，因此,本系統(tǒng)可大幅地減少安全事故的發(fā)生。
2.3促使現(xiàn)場(chǎng)安防系統(tǒng)向智能監(jiān)管方向發(fā)展
本系統(tǒng)利用圖像處理技術(shù)、人工智能技術(shù)，實(shí)時(shí)識(shí)別人體目標(biāo)、人體行為姿態(tài)，并可存儲(chǔ)及搜索關(guān)鍵信息，是傳統(tǒng)安防向智能安防發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
3技術(shù)方案
方案要求根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)皮帶通廊人行過(guò)道進(jìn)行全面視頻監(jiān)控監(jiān)管,實(shí)時(shí)采集視頻圖像,實(shí)時(shí)進(jìn)行人員安全檢測(cè)。當(dāng)人員進(jìn)人危險(xiǎn)區(qū)或者存在不規(guī)范作業(yè)姿態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行聲光報(bào)警,提醒監(jiān)控室職守人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)注。為防止人員發(fā)生意外，可以人工干預(yù)皮帶停機(jī)。當(dāng)工作人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)感知，可與PLC控制系統(tǒng)通信,控制皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn),避免人員傷亡。
為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的目標(biāo)，設(shè)計(jì)一套軟硬件系統(tǒng)（見(jiàn)圖1 。主要包括視頻采集系統(tǒng)、監(jiān)管區(qū)域自定義模塊、監(jiān)管時(shí)間自定義模塊、人體目標(biāo)檢測(cè)模塊、人體姿態(tài)識(shí)別模塊、硬件控制模塊等。這套軟硬件部署后,將大幅度提高煉焦總廠安全防護(hù)水平,使全廠的安全防護(hù)向智能化、信息化發(fā)展。
3.1視頻采集模塊
利用監(jiān)控設(shè)備對(duì)皮帶頭尾部、皮帶通廊出入口、皮帶作業(yè)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行視頻采集，做到皮帶通廊內(nèi)生產(chǎn)區(qū)域全覆蓋。通過(guò)硬盤(pán)錄像機(jī)將采集到的視頻進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并傳輸至軟件模塊進(jìn)行分析（見(jiàn)圖2）。
3.2軟件模塊
3.2.1 人體目標(biāo)幟別
通過(guò)在指定位置安裝星光級(jí)攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集與視頻監(jiān)控，而后應(yīng)用圖像處理與識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)指定區(qū)域內(nèi)人員進(jìn)入自動(dòng)識(shí)別、區(qū)域內(nèi)人員位置監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域示意圖內(nèi)人員最新位置標(biāo)記，當(dāng)人員進(jìn)入隔離區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)后進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)警和報(bào)警。
3.2.2 人體婁志識(shí)別
在預(yù)先劃定的傳輸皮帶非安全區(qū)在指定位置安裝星光級(jí)攝像機(jī),進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集與視頻監(jiān)控。應(yīng)用圖像處理與識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人員危險(xiǎn)姿態(tài)自動(dòng)識(shí)別并做預(yù)警處理。
3.2.3 掖警管理
報(bào)警級(jí)別分為預(yù)警和報(bào)警。預(yù)警管理是指人員進(jìn)入隔離區(qū)后或工作人員在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)摔倒等姿態(tài)時(shí)進(jìn)行光預(yù)警處理。報(bào)警管理是指人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)后進(jìn)行聲光報(bào)警處理。
綜合查詢是指系統(tǒng)自動(dòng)記錄每一次預(yù)警、報(bào)警信息內(nèi)容,包括報(bào)警類別、時(shí)間、報(bào)警內(nèi)容、緊急程度。報(bào)警信息為事故追蹤、現(xiàn)場(chǎng)決策提供數(shù)據(jù)支撐。用戶可以根據(jù)自己的要求，查詢?nèi)掌?、類別、報(bào)警內(nèi)容、緊急程度數(shù)據(jù)。
3.2.4 監(jiān)管區(qū)城自良義配置
整個(gè)項(xiàng)目關(guān)注的重點(diǎn)在于監(jiān)控監(jiān)管皮帶通廊人行過(guò)道區(qū)域的人員安全性，降低人員安全事故率。人工過(guò)道區(qū)域是重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，按照事故易發(fā)性分為三類監(jiān)控區(qū)域，即作業(yè)區(qū)、隔離區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)。在作業(yè)區(qū)內(nèi)系統(tǒng)只識(shí)別不報(bào)警;在隔離區(qū)內(nèi)系統(tǒng)識(shí)別、預(yù)警;在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)系統(tǒng)識(shí)別、報(bào)警并進(jìn)行硬件控制。為了實(shí)現(xiàn)精細(xì)化監(jiān)控監(jiān)管，每個(gè)區(qū)域要嚴(yán)格自定義,三個(gè)區(qū)域可以用分割線分開(kāi),也可以是每個(gè)區(qū)域是個(gè)封閉的多邊形，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，支持使用鼠標(biāo)選定作業(yè)區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)、隔離區(qū)的自定義設(shè)置。
3.2.5 監(jiān)植監(jiān)管作業(yè)對(duì)間管理
通常監(jiān)控監(jiān)管是不分晝夜24h在工作。但是, 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維修時(shí)，工作人員經(jīng)常在非作業(yè)區(qū)活動(dòng)，此時(shí)做報(bào)警提示會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)維修工作，因此,設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)間管理模塊。時(shí)間管理模塊按照兩類監(jiān)管要求自定義時(shí)間，一類是生產(chǎn)監(jiān)管時(shí)間;一類是維修監(jiān)管時(shí)間，兩類時(shí)間設(shè)定完畢后，系統(tǒng)嚴(yán)格按照時(shí)間執(zhí)行任務(wù)，在生產(chǎn)監(jiān)管時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)正常工作，在維修時(shí)間內(nèi)，只錄像不分析，或者只分析結(jié)果而不做任何報(bào)警提示。
3.2.6 硬件控制撲快
根據(jù)視覺(jué)分析結(jié)果，需要對(duì)原有自動(dòng)化系統(tǒng)做部分改造（急停、聯(lián)鎖處理等），配合新系統(tǒng)的上線運(yùn)行。
當(dāng)有人員進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時(shí)，視頻流解析模塊輸出檢測(cè)結(jié)果，結(jié)果共分為三類，一類是進(jìn)入了監(jiān)控作業(yè)區(qū)，這時(shí)會(huì)提供信息提示與記錄;二類是進(jìn) 入了監(jiān)控隔離區(qū)，這時(shí)提示作業(yè)人員離危險(xiǎn)區(qū)比較近，極易發(fā)生危險(xiǎn)。要謹(jǐn)慎作業(yè),時(shí)刻注意人身安全，系統(tǒng)發(fā)出警告信息提示、提醒監(jiān)控室值守人員，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控;第三類是進(jìn)入了監(jiān)控危險(xiǎn)區(qū)，是工作人員嚴(yán)禁進(jìn)入的區(qū)域，一旦進(jìn)入，硬件控制模塊自動(dòng)與皮帶PLC通信,控制皮帶停機(jī)，保障工作人員安全。
3.2.7設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的運(yùn)程監(jiān)控與診斷
在皮帶系統(tǒng)中的減速機(jī)、液力耦合器（聯(lián)軸器）和電動(dòng)機(jī)上增設(shè)傳感器作為監(jiān)測(cè)對(duì)象,通過(guò)采集卡對(duì)設(shè)備振動(dòng)、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采用多因素綜合分析的設(shè)備故障預(yù)警與故障自診斷分析技術(shù)、無(wú)線和有線傳感器的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)，經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)椒?wù)器上。對(duì)減速機(jī)齒輪的磨損、疲勞點(diǎn)蝕、裂紋等,對(duì)軸承的內(nèi)圈、外圈、保持架、滾動(dòng)體的磨損,對(duì)電動(dòng)機(jī)、液力耦合器（聯(lián)軸器）的振動(dòng)及溫升等故障進(jìn)行綜合分析、診斷，直觀的將設(shè)備的數(shù)據(jù)曲線體現(xiàn)在后臺(tái)機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄并存儲(chǔ),得出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否有劣化趨勢(shì)。
通過(guò)智能報(bào)警和多因素趨勢(shì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警、停機(jī),全面實(shí)時(shí)掌控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防人員、設(shè)備事故的發(fā)生。同時(shí),可通過(guò)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù).實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP軟件實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到“坐在辦公室能輕松掌握現(xiàn)場(chǎng)情況”的信息化、智能化管理目的。
控制臺(tái)控制分析顯示界面見(jiàn)圖3~6。
4實(shí)現(xiàn)的功能
2018年6月到11月在五煉焦作業(yè)區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用。皮帶系統(tǒng)智能安防控制系統(tǒng)通過(guò)預(yù)先劃定傳輸皮帶非安全區(qū)，在指定位置安裝白光攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集與視頻監(jiān)控，應(yīng)用圖像處理與識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人員危險(xiǎn)姿態(tài)（俯臥、后仰、側(cè)傾、接近皮帶）自動(dòng)識(shí)別、報(bào)警，當(dāng)工作人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)感知，并與PLC控制系統(tǒng)通信、控制，使皮帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而減少不必要的人員傷亡。
另外，設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)掌控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),降低設(shè)備事故率,減少人員因處理設(shè)備故障時(shí)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。
5結(jié)語(yǔ)
鞍鋼股份煉焦總廠皮帶系統(tǒng)智能安防控制系統(tǒng)的應(yīng)用,大大提升了設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，降低了設(shè)備故障率，保障了工作人員人身安全，徹底解決了皮帶運(yùn)行中極易發(fā)生的人身傷害及重大設(shè)備事故的問(wèn)題，確保皮帶系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。