中國是煤炭工業(yè)大國，但目前我國煤炭行業(yè)生產(chǎn)工藝比較落后，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，導(dǎo)致礦難頻發(fā)。為了改變這種狀況，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化是必然之路。而在煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是不可或缺的一個(gè)重要系統(tǒng)。本文就網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用情況做簡單介紹，供安防工程設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的有識(shí)之士參考。
文/開灤集團(tuán)信控中心控制科高級(jí)工程師 程玉祥
中國是煤炭資源大國，煤炭行業(yè)是能源支柱行業(yè)。我國煤炭資源的探明儲(chǔ)量和可采儲(chǔ)量比其他能源豐富，目前已探明的煤炭儲(chǔ)量居世界第三位。由于中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國已成為一個(gè)能源消耗大國。隨著煤炭生產(chǎn)工藝改革的進(jìn)一步發(fā)展，可以預(yù)見，煤炭行業(yè)依然具有強(qiáng)大的生命力，在今后相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，我國能源供應(yīng)還是要以煤炭為主。但是，目前我國煤炭行業(yè)生產(chǎn)工藝比較落后，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，導(dǎo)致礦難頻發(fā)。各種不安全生產(chǎn)行為極大地威脅到礦工的生命和社會(huì)穩(wěn)定。煤炭行業(yè)高危險(xiǎn)、高能耗、多人員、低效率、低收入的局面依然是擺在每個(gè)煤炭企業(yè)面前的一道難題。
如何通過使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，有效減少甚至避免礦難的發(fā)生，達(dá)到安全、節(jié)能降耗、提高效率的目標(biāo)？那就是新建礦井要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，現(xiàn)有煤礦爭取改造成綜合自動(dòng)化礦井。在煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是不可或缺的，它是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中一個(gè)重要系統(tǒng)（煤礦自動(dòng)化平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)圖見圖1）。
煤礦的出路在自動(dòng)化
目前，采煤技術(shù)先進(jìn)國家有德、英、美、澳等國，自20世紀(jì)下半葉起，他們通過改進(jìn)采煤方法、采用高效采煤設(shè)備、大力推廣自動(dòng)化、信息化技術(shù)，在煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對主要設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了子系統(tǒng)自動(dòng)化生產(chǎn)控制和監(jiān)測，并采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將所有子系統(tǒng)通過聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全礦井生產(chǎn)和安全系統(tǒng)的綜合控制、監(jiān)測和監(jiān)視，使生產(chǎn)效率大大提高，安全狀況徹底改善，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
近年來，我國也有一些先進(jìn)煤炭企業(yè)在裝備和系統(tǒng)的自動(dòng)化方面走在了世界前列。如安徽劉莊煤礦、顧橋煤礦、神華集團(tuán)等。還有一些煤礦通過改造，將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用到了現(xiàn)場，建設(shè)了一些具有先進(jìn)水平的自動(dòng)化和信息化子系統(tǒng)，對整個(gè)礦井生產(chǎn)過程中的各環(huán)節(jié)，尤其是主煤流系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)化、可視化的監(jiān)測、監(jiān)視、監(jiān)控，提高了安全和生產(chǎn)效率，并產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，煤礦領(lǐng)域?qū)θ肆?、物力有加速投入的趨勢。例如，近期，開灤集團(tuán)公司委托專家制定了第一個(gè)自動(dòng)化五年規(guī)劃，相信不久的將來，煤礦自動(dòng)化改造勢在必行，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦將大有作為（集團(tuán)信息自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2）。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦中的應(yīng)用
作為一種可視化手段，目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦的安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)、生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)、斜井運(yùn)輸安全監(jiān)測系統(tǒng)中都得到了廣泛使用（煤礦工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)圖見圖3）。
應(yīng)用于生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)
煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化子系統(tǒng)分為三大系統(tǒng)：主煤流系統(tǒng)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)、安全生產(chǎn)系統(tǒng)。以上三大系統(tǒng)基本概括了煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)中自動(dòng)化子系統(tǒng)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)包括在這些子系統(tǒng)中，它既是一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，又和其他子系統(tǒng)相聯(lián)系。如果要實(shí)現(xiàn)無人值守，基本上每個(gè)子系統(tǒng)都要配置視頻監(jiān)視。
目前，做得比較好的廠商有：上海保信、煤科總院常州自動(dòng)化所、煤科總院天地公司、北京陽光公司等。
這些企業(yè)主要的產(chǎn)品是煤礦綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其中煤科總院常州自動(dòng)化所、北京陽光公司還生產(chǎn)煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)。還有其它一些如通訊、人員定位、各種礦用傳感器等......
應(yīng)用于安全生產(chǎn)監(jiān)測
在煤礦生產(chǎn)中，安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)是煤礦保安規(guī)程規(guī)定所必須安裝配置的，安全生產(chǎn)監(jiān)測的主要對象是監(jiān)測井下瓦斯?jié)舛?、一氧化碳濃度、溫度、風(fēng)速、以及井下設(shè)備的開停等。這些數(shù)據(jù)全部都要在井上大屏幕上顯示。視頻監(jiān)視系統(tǒng)一般安裝在絞車提升的上下井口，放煤點(diǎn)，工作面關(guān)鍵部位等。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸^一定數(shù)量時(shí)安全監(jiān)測系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警、斷電，停止生產(chǎn)。同時(shí)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，以便分析事故時(shí)使用。在目前安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)中，大部分都配置了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)（其井下部分必須符合煤礦保安規(guī)程規(guī)定）。目前比較著名的視頻監(jiān)控生產(chǎn)商主要有煤科總院常州自動(dòng)化所、煤科總院重慶分院、北京陽光、北京仙島等。
工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)具有防爆、防高溫、防低溫、防塵、防水、防腐、防震、防強(qiáng)磁場、防雷擊等特性，廣泛適用于煤炭、冶金、石化、建材、電力等行業(yè)。
應(yīng)用于斜井運(yùn)輸安全監(jiān)測
近年來，煤炭系統(tǒng)生產(chǎn)礦井斜井絞車運(yùn)輸頻繁出現(xiàn)人員傷亡事故，給煤礦安全生產(chǎn)帶來極為不利的影響。上述事故的主要原因是人員違章造成。按照規(guī)定，在斜井運(yùn)輸巷道上，如果遵守“行車不行人，行人不行車”的規(guī)定，就不會(huì)出現(xiàn)事故。但斜井運(yùn)輸巷道多屬于人員行走和絞車運(yùn)輸混合使用，在絞車運(yùn)行時(shí)，違章人員會(huì)在巷道內(nèi)行走或處理事故。針對這一特點(diǎn)，通過使用斜井絞車運(yùn)輸安全監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全型自動(dòng)監(jiān)控。
在該系統(tǒng)中，人員監(jiān)測使用了安防系統(tǒng)的監(jiān)測裝置，隔爆型智能視覺傳感器。它由礦用隔爆型攝像機(jī)防護(hù)罩、內(nèi)置鏡頭、攝像機(jī)和智能視覺服務(wù)器構(gòu)成。礦用隔爆型攝像機(jī)防護(hù)罩、鏡頭和攝像機(jī)組成攝像儀，內(nèi)置智能視覺服務(wù)器相當(dāng)于給攝像儀安裝上了大腦。智能視覺服務(wù)器內(nèi)嵌了VTDTM 智能視覺分析技術(shù)中完整的入侵檢測分析模塊，能自動(dòng)檢測各種獨(dú)立入侵或聯(lián)合入侵的人或者交通工具，防區(qū)內(nèi)入侵者的類型（人和交通工具）、尺寸大小、入侵速度、最短入侵時(shí)間和運(yùn)動(dòng)方向等參數(shù)均可設(shè)定。防區(qū)設(shè)定后，只有符合指定特征的入侵行為才會(huì)引發(fā)報(bào)警，而其他不符合條件的入侵將會(huì)被忽略。這樣可以達(dá)到區(qū)別人和礦車的目的。目前，由于防爆型零照度黑光夜視攝像儀的出現(xiàn)，組裝成隔爆型智能視覺傳感器，將在煤礦大有作為。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及大屏選擇
目前，煤礦寬帶主干網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就寬帶接入方式綜合來看，技術(shù)上比較成熟的有以下幾種：SDH自愈環(huán)網(wǎng)、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、PON系統(tǒng)。其中PON是一種無源光纖接入網(wǎng)，是為了支持點(diǎn)到多點(diǎn)應(yīng)用發(fā)展起來的光接入技術(shù)，PON由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）組成。其具有高帶寬、光接口成本較低、系統(tǒng)維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，而成為光接入技術(shù)中的佼佼者。目前的PON技術(shù)主要分為BPON（寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)）、EPON（基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)）、GPON（千兆無源光網(wǎng)絡(luò)）和WDM-PON（波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)），EPON又發(fā)展出千兆EPON，記為GEPON。由于以太網(wǎng)已廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟，設(shè)備價(jià)格低廉，GEPON發(fā)展很快，已推出成熟產(chǎn)品，國外已廣泛應(yīng)用于FTTH（光纖到戶），國內(nèi)已有公司開發(fā)出礦用本安型GEPON系統(tǒng)產(chǎn)品，其承載的礦用IP調(diào)度通訊系統(tǒng)、礦用數(shù)字化工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、礦用寬帶監(jiān)控系統(tǒng)及其自動(dòng)化子系統(tǒng)也已推出并應(yīng)用。
GEPON系統(tǒng)簡介
GEPON（Gigabit Ethernet Passive Optical Network）是PON技術(shù)中最新實(shí)用的一種，由IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）提出。GEPON是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式、基于高速以太網(wǎng)平臺(tái)和 TDM（Time Division Multiplexing）時(shí)分MAC（Media Access Control）媒體訪問控制方式并能提供多種綜合業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。GEPON是一種千兆無源以太網(wǎng)。GEPON提出于2000年，現(xiàn)已開始在日本大量投入使用，是目前寬帶通訊及寬帶接入的新技術(shù)，它的特點(diǎn)是成本低，寬帶且?guī)捒蓜?dòng)態(tài)分配，系統(tǒng)穩(wěn)定，易于安裝維護(hù)，故障率低，組網(wǎng)靈活，易于擴(kuò)展，適合于綜合傳輸視頻、數(shù)據(jù)、語音等信息，用作全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的高速主干傳輸，是美國硅谷最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一。
典型的GEPON系統(tǒng)由光纖網(wǎng)絡(luò)終端OLT，光纖網(wǎng)元適配器ONU（礦用化終端ONT)，無源光纖分配器POS（礦用化KL5001A光纜分線器)三部分組成。大屏顯示一般優(yōu)先采用MPDP（等離子拼接）或MLCD（液晶拼接），其次采用DLP方案。
GEPON 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
·一根光纖中同時(shí)傳輸多路工業(yè)電視信號(hào)、安全監(jiān)測系統(tǒng)信號(hào)、生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)、IP調(diào)度通訊信號(hào)等；
·主干光網(wǎng)絡(luò)采用下行廣播，上行TDM通信方式，每臺(tái)ONT動(dòng)態(tài)分配一定的時(shí)隙（最多保證100M帶寬），能保證信息交換的實(shí)時(shí)性及傳輸質(zhì)量(QoS)，適合于視頻、數(shù)據(jù)、語音等信息綜合傳輸功能，能實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一功能；
·系統(tǒng)具有雙總線、環(huán)形兩種冗余方式，既保證了系統(tǒng)的可靠性，又增加了系統(tǒng)組網(wǎng)的靈活性；
·礦用光網(wǎng)絡(luò)終端是純本質(zhì)安全型設(shè)備，即接即用，使用方便，易維護(hù)；
·系統(tǒng)可接多臺(tái)ONT，每臺(tái)ONT有多個(gè)10/100M以太網(wǎng)口，OLT必須有四個(gè)1000M以太網(wǎng)口；
·系統(tǒng)要具有本安型高速RS-485接口，和已有監(jiān)控設(shè)備容易聯(lián)網(wǎng)；
·系統(tǒng)要具有網(wǎng)管功能、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障報(bào)警功能、端口帶寬分配功能；
·系統(tǒng)采用光無源分支技術(shù)，單一ONT故障不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)具有防爆性能優(yōu)，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行更穩(wěn)定；
·GEPON采用了樹狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，煤礦巷道分布也呈樹狀結(jié)構(gòu)，兩者正好匹配。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦應(yīng)用的注意事項(xiàng)
視頻監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦應(yīng)用應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：
煤礦井下電氣產(chǎn)品必須符合煤礦保安規(guī)程，一般情況下必須三證齊全：防爆合格證、MA安全標(biāo)志準(zhǔn)用證、產(chǎn)品合格證。個(gè)別礦務(wù)局還需準(zhǔn)入證（這是個(gè)別礦務(wù)局的土政策）。
煤礦井下環(huán)境條件比較惡劣，溫度高濕度大，有很多地點(diǎn)潮濕度達(dá)95%以上，產(chǎn)品需進(jìn)行防潮處理及散熱處理。
一般自動(dòng)化系統(tǒng)通訊可通過OPC接口通信方式進(jìn)行。自動(dòng)化子系統(tǒng)如以監(jiān)控上位機(jī)接入的，可采用WEB發(fā)布或NETDDE或ADO方式接入，以WEB發(fā)布接入時(shí)，集團(tuán)信息自動(dòng)化監(jiān)控不需要軟件開發(fā)，而以NETDDE和ADO接入的則需要開發(fā)相應(yīng)的監(jiān)控軟件。如安全監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)就可以此種方式接入。
井上地面辦公室的安防工程可以和社會(huì)其他企業(yè)相同，但通訊接口應(yīng)符合綜合煤礦綜合自動(dòng)化的要求。
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