礦井皮帶運輸系統(tǒng)視頻監(jiān)控設(shè)計研究

史一占

（汾西礦業(yè)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，山西 介休 032000）

引言

礦井原煤運輸多采用皮帶輸送機搭接實現(xiàn)，具有運輸距離長、能耗高以及運輸環(huán)節(jié)多等特點，同時也面臨管理難度高、輔助運輸人員數(shù)量多等問題[1-2]。一般情況下，皮帶輸送機運輸量依據(jù)礦井最大生產(chǎn)能力確定，并選擇與運輸能力相匹配的驅(qū)動電機、減速器等。皮帶輸送機皮帶鋪設(shè)距離長、沿線托輥多，導(dǎo)致設(shè)備在啟動初期有較大啟動功率，皮帶輸送機正常運行后負載功率一般小于啟動功率，從而使得驅(qū)動電機一般處于輕載狀態(tài)，導(dǎo)致輸出效率不高[3-7]。為提高礦井皮帶輸送機運輸系統(tǒng)工作效率，提高安全生產(chǎn)保障能力，并降低運行能耗，本文提出一種皮帶運輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)視頻圖像識別，不僅可滿足皮帶輸送系統(tǒng)實時監(jiān)控需求，而且可減少相關(guān)輔助人員數(shù)量，提高監(jiān)控效果。

1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

具體構(gòu)建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示，系統(tǒng)可實現(xiàn)實時煤流監(jiān)測，結(jié)合傳感器獲取到的皮帶輸送機電流、功率參數(shù)對輸送機運行速度進行調(diào)節(jié)，以便實現(xiàn)皮帶輸送機負載與運行速度均衡，最大程度降低皮帶輸送機運行能耗；對堆煤、異物等進行實時檢測；對重要工作場所內(nèi)人員行為進行監(jiān)測，并具備闖入識別、報警等功能；參數(shù)運輸系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動控制，提高了礦井皮帶運輸系統(tǒng)運行效率。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）構(gòu)建視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)。對礦井原有的工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行改造，增加布置隔爆相機、交換機、隔爆光終端、管理服務(wù)器、智能分析服務(wù)器以及相關(guān)的安防軟件等。在礦井皮帶運輸系統(tǒng)重要的節(jié)點，如轉(zhuǎn)載點、變坡點、張緊部、防縱撕裂保護部等各位置均布置隔爆相機，實現(xiàn)視頻監(jiān)控，并對采集到的視頻圖像進行分析，當發(fā)現(xiàn)有長矸物體、大塊煤矸、堆煤或者異物等情況時會自動觸發(fā)報警。地面監(jiān)控中心可依據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)對運輸?shù)拿毫髁?、設(shè)備運行情況等進行智能分析。

2）在皮帶運輸系統(tǒng)沿線布置音頻識別系統(tǒng)，當出現(xiàn)異常時可自動識別并報警、停機。

3）在皮帶輸送機沿線增加設(shè)備運行監(jiān)控系統(tǒng)，對帶式輸送機驅(qū)動電機、減速器、滾筒等運行情況進行實時監(jiān)測，主要監(jiān)測內(nèi)容包括有電機溫度、電流、減速器及滾筒溫度等，發(fā)現(xiàn)問題時會自動報警。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

1）皮帶運行調(diào)速。實現(xiàn)皮帶輸送機順煤流啟動，并依靠原有的PLC 控制系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備連鎖，從而避免在啟動過程中出現(xiàn)堆煤事故；在地面監(jiān)控中心實現(xiàn)對沿線皮帶輸送機運行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)故障后可及時確認并停止相關(guān)皮帶輸送機運行。在實現(xiàn)對皮帶輸送機啟動、停機等控制后，通過沿線布置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對煤流量進行監(jiān)測，并依靠PLC、變頻器等設(shè)備調(diào)整皮帶輸送機運行速度，實現(xiàn)帶速與煤流量間的動態(tài)平衡。

2）大塊原煤檢測。大塊原煤與運輸?shù)某Ｒ?guī)煤塊間存在明顯的視覺差異，綜合使用機器視覺、視頻分析技術(shù)提出視頻圖像信息，從而實現(xiàn)大塊原煤識別。

3）堆煤及跑偏識別。堆煤及跑偏是皮帶輸送機運行過程中常見故障類似，堆煤情況出現(xiàn)后有較為明顯的視覺差異，在皮帶輸送機沿線搭接點位置、煤倉等處均布置隔爆相機，實時監(jiān)測煤流量變化并綜合使用機器視覺、視頻分析技術(shù)提出堆煤關(guān)鍵視覺特征。跑偏識別是通過使用圖像分割技術(shù)或者直線檢測技術(shù)等對皮帶在檢測區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)跑偏進行分析。

4）違規(guī)入侵檢測。通過視頻圖像圈定皮帶輸送機區(qū)域，通過目標檢測識別附近作業(yè)人員，并智能計算相關(guān)人員是否與皮帶輸送機區(qū)域存在交匯，從而判定相關(guān)人員是否存在違規(guī)穿越皮帶輸送機或者靠著皮帶輸送機休息等問題。

2.2 系統(tǒng)軟件

具體皮帶運輸視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控軟件架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控軟件架構(gòu)

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

將視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到山西某礦30702 綜采工作面原煤運輸系統(tǒng)監(jiān)控中，具體視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取到的轉(zhuǎn)載點圖像以及機頭圖像信息如圖3 所示?，F(xiàn)場使用的防爆相機型號為KBA12、供電電源型號為KDW127/12B、光端機型號為KTG12（A），具體設(shè)備參數(shù)見表1～表3。

表1 攝像機參數(shù)

表2 電源參數(shù)

表3 光端機參數(shù)

圖3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)畫面

視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取到的井下皮帶輸送機運行畫面清晰，視頻監(jiān)控系統(tǒng)運行平穩(wěn)；皮帶輸送機運行速度可依據(jù)煤流量進行動態(tài)調(diào)節(jié)，速度調(diào)節(jié)不頻繁，不會給驅(qū)動系統(tǒng)以及皮帶等帶來不利影響。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用后，地面監(jiān)控中心可實時掌握井下皮帶輸送機運行情況，發(fā)現(xiàn)運行隱患或者故障時自動發(fā)出報警信號，提醒相關(guān)人員注意。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用，礦井皮帶運輸系統(tǒng)可視化以及智能化程度得以提升。

4 結(jié)語

在皮帶輸送機沿線布置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并通過智能分析監(jiān)控系統(tǒng)采集到的圖像信息、設(shè)備運行聲音信息、設(shè)備運行參數(shù)信息等，實現(xiàn)對皮帶輸送機堆煤、跑偏、異物等的監(jiān)測，并可依據(jù)輸送煤流量調(diào)節(jié)皮帶輸送機運行速度，降低設(shè)備運行能耗。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用可實現(xiàn)對皮帶輸送機沿線重點位置實時監(jiān)控，提高皮帶輸送機運行安全保障能力；視頻監(jiān)控系統(tǒng)與皮帶輸送機集中控制系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)對皮帶輸送機運行的智能控制，并可減少相關(guān)輔助運輸人員數(shù)量，以便提高皮帶輸送機運輸系統(tǒng)工作效率及運行可靠性。