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)通過采用視覺安防技術(shù)、模式識別技術(shù)、人工智能技術(shù)、設(shè)備遠程監(jiān)控與診斷技術(shù)等實現(xiàn)了對人員、設(shè)備的安全檢測，避免了皮帶運行中人身、設(shè)備事故的發(fā)生。
【關(guān)鍵詞】視覺安防；模式識別；遠程監(jiān)控診斷；安全生產(chǎn)
1概述
皮帶通廊的作用主要是運輸煤和焦炭。由于現(xiàn)場光線暗、粉塵大、通道狹窄等原因，工作人員在巡檢、檢修時極易發(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)勢在必行。傳統(tǒng)安防系統(tǒng),缺少對視頻內(nèi)容的解析,需要人員緊密配合，才能較好實現(xiàn)“安防”的使命。從安防應(yīng)用角度看，視覺技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)簡單的視頻監(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、人員定位、人員運動特征識別已獲得成熟的應(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)代視覺安防技術(shù)、模式識別技術(shù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用、設(shè)備遠程監(jiān)控與診斷技術(shù)等應(yīng)用到皮帶運輸系統(tǒng)，對人員、設(shè)備進行實時安全檢測，可為人員提供一道安全防線,避免皮帶運行中對人身的傷害，保證安全生產(chǎn)。
2安防目標
2.1加強皮帶通廊人行過道區(qū)域監(jiān)控監(jiān)管力度
傳統(tǒng)視頻監(jiān)控雖然也是24 h實時監(jiān)控,但是需要當班值守人員時刻注意監(jiān)控畫面，一旦關(guān)注度不足，就不能實現(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，除了當班值守人員監(jiān)管人工過道畫面外，增加自解析通道，因此，本項目實施后,將加強皮帶通廊人行過道區(qū)域監(jiān)控監(jiān)管力度。
2.2降低事故率
除常規(guī)皮帶通廊的人行過道區(qū)域監(jiān)控外，新系統(tǒng)實時定位作業(yè)人員所在位置，如果越過隔離區(qū)，軟件系統(tǒng)可通知控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)以最快的速度發(fā)岀聲光警示并迅速將皮帶停止運轉(zhuǎn)，減少了事故反應(yīng)時間，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)，實時識別人體目標、人體行為姿態(tài)，并可存儲及搜索關(guān)鍵信息，是傳統(tǒng)安防向智能安防發(fā)展的轉(zhuǎn)折點。
3技術(shù)方案
方案要求根據(jù)現(xiàn)場情況，對皮帶通廊人行過道進行全面視頻監(jiān)控監(jiān)管,實時采集視頻圖像,實時進行人員安全檢測。當人員進人危險區(qū)或者存在不規(guī)范作業(yè)姿態(tài)時，系統(tǒng)會進行聲光報警,提醒監(jiān)控室職守人員對現(xiàn)場的關(guān)注。為防止人員發(fā)生意外，可以人工干預(yù)皮帶停機。當工作人員進入危險區(qū)時，系統(tǒng)自動感知，可與PLC控制系統(tǒng)通信,控制皮帶停止運轉(zhuǎn),避免人員傷亡。
為實現(xiàn)項目的目標，設(shè)計一套軟硬件系統(tǒng)（見圖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)管時間自定義模塊、人體目標檢測模塊、人體姿態(tài)識別模塊、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水平,使全廠的安全防護向智能化、信息化發(fā)展。
3.1視頻采集模塊
利用監(jiān)控設(shè)備對皮帶頭尾部、皮帶通廊出入口、皮帶作業(yè)重點區(qū)域進行視頻采集，做到皮帶通廊內(nèi)生產(chǎn)區(qū)域全覆蓋。通過硬盤錄像機將采集到的視頻進行轉(zhuǎn)換,并傳輸至軟件模塊進行分析（見圖2）。
3.2軟件模塊
3.2.1 人體目標幟別
通過在指定位置安裝星光級攝像機進行實時圖像采集與視頻監(jiān)控，而后應(yīng)用圖像處理與識別技術(shù)，實現(xiàn)指定區(qū)域內(nèi)人員進入自動識別、區(qū)域內(nèi)人員位置監(jiān)測，實現(xiàn)區(qū)域示意圖內(nèi)人員最新位置標記，當人員進入隔離區(qū)和危險區(qū)后進行相應(yīng)的預(yù)警和報警。
3.2.2 人體婁志識別
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攝像機,進行實時圖像采集與視頻監(jiān)控。應(yīng)用圖像處理與識別技術(shù)，實現(xiàn)人員危險姿態(tài)自動識別并做預(yù)警處理。
3.2.3 掖警管理
報警級別分為預(yù)警和報警。預(yù)警管理是指人員進入隔離區(qū)后或工作人員在現(xiàn)場出現(xiàn)摔倒等姿態(tài)時進行光預(yù)警處理。報警管理是指人員進入危險區(qū)后進行聲光報警處理。
綜合查詢是指系統(tǒng)自動記錄每一次預(yù)警、報警信息內(nèi)容,包括報警類別、時間、報警內(nèi)容、緊急程度。報警信息為事故追蹤、現(xiàn)場決策提供數(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
整個項目關(guān)注的重點在于監(jiān)控監(jiān)管皮帶通廊人行過道區(qū)域的人員安全性，降低人員安全事故率。人工過道區(qū)域是重點監(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)、危險區(qū)。在作業(yè)區(qū)內(nèi)系統(tǒng)只識別不報警;在隔離區(qū)內(nèi)系統(tǒng)識別、預(yù)警;在危險區(qū)內(nèi)系統(tǒng)識別、報警并進行硬件控制。為了實現(xiàn)精細化監(jiān)控監(jiān)管，每個區(qū)域要嚴格自定義,三個區(qū)域可以用分割線分開,也可以是每個區(qū)域是個封閉的多邊形，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，支持使用鼠標選定作業(yè)區(qū)、危險區(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)場設(shè)備維修時，工作人員經(jīng)常在非作業(yè)區(qū)活動，此時做報警提示會影響現(xiàn)場維修工作，因此,設(shè)計作業(yè)時間管理模塊。時間管理模塊按照兩類監(jiān)管要求自定義時間，一類是生產(chǎn)監(jiān)管時間;一類是維修監(jiān)管時間，兩類時間設(shè)定完畢后，系統(tǒng)嚴格按照時間執(zhí)行任務(wù)，在生產(chǎn)監(jiān)管時間內(nèi)系統(tǒng)正常工作，在維修時間內(nèi)，只錄像不分析，或者只分析結(jié)果而不做任何報警提示。
3.2.6 硬件控制撲快
根據(jù)視覺分析結(jié)果，需要對原有自動化系統(tǒng)做部分改造（急停、聯(lián)鎖處理等），配合新系統(tǒng)的上線運行。
當有人員進入監(jiān)控區(qū)域時，視頻流解析模塊輸出檢測結(jié)果，結(jié)果共分為三類，一類是進入了監(jiān)控作業(yè)區(qū)，這時會提供信息提示與記錄;二類是進 入了監(jiān)控隔離區(qū)，這時提示作業(yè)人員離危險區(qū)比較近，極易發(fā)生危險。要謹慎作業(yè),時刻注意人身安全，系統(tǒng)發(fā)出警告信息提示、提醒監(jiān)控室值守人員，加強對現(xiàn)場的監(jiān)控;第三類是進入了監(jiān)控危險區(qū)，是工作人員嚴禁進入的區(qū)域，一旦進入，硬件控制模塊自動與皮帶PLC通信,控制皮帶停機，保障工作人員安全。
3.2.7設(shè)備運行參數(shù)的運程監(jiān)控與診斷
在皮帶系統(tǒng)中的減速機、液力耦合器（聯(lián)軸器）和電動機上增設(shè)傳感器作為監(jiān)測對象,通過采集卡對設(shè)備振動、溫度等數(shù)據(jù)進行采集，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)過光纖傳輸?shù)椒?wù)器上。對減速機齒輪的磨損、疲勞點蝕、裂紋等,對軸承的內(nèi)圈、外圈、保持架、滾動體的磨損,對電動機、液力耦合器（聯(lián)軸器）的振動及溫升等故障進行綜合分析、診斷，直觀的將設(shè)備的數(shù)據(jù)曲線體現(xiàn)在后臺機上進行實時記錄并存儲,得出設(shè)備運行狀態(tài)是否有劣化趨勢。
通過智能報警和多因素趨勢預(yù)測系統(tǒng)發(fā)出報警、停機,全面實時掌控設(shè)備的運行狀態(tài)，預(yù)防人員、設(shè)備事故的發(fā)生。同時,可通過手機網(wǎng)絡(luò)技術(shù).實現(xiàn)手機APP軟件實時查看設(shè)備運行狀態(tài)，達到“坐在辦公室能輕松掌握現(xiàn)場情況”的信息化、智能化管理目的。
控制臺控制分析顯示界面見圖3~6。
4實現(xiàn)的功能
2018年6月到11月在五煉焦作業(yè)區(qū)進行了應(yīng)用。皮帶系統(tǒng)智能安防控制系統(tǒng)通過預(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進行實時圖像采集與視頻監(jiān)控，應(yīng)用圖像處理與識別技術(shù)，實現(xiàn)人員危險姿態(tài)（俯臥、后仰、側(cè)傾、接近皮帶）自動識別、報警，當工作人員進入危險區(qū)時,系統(tǒng)自動感知，并與PLC控制系統(tǒng)通信、控制，使皮帶停止運轉(zhuǎn)，進而減少不必要的人員傷亡。
另外，設(shè)備遠程監(jiān)控與診斷技術(shù)的應(yīng)用，可以實時掌控設(shè)備的運行狀態(tài),降低設(shè)備事故率,減少人員因處理設(shè)備故障時存在的安全風險。
5結(jié)語
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，徹底解決了皮帶運行中極易發(fā)生的人身傷害及重大設(shè)備事故的問題，確保皮帶系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。