夏海波，王庭有

(昆明理工大学, 昆明 650093)

引言

矿井提升机是矿山中的四大关键设备之一，它担负着把井下的矿物、岩石提升到地面及升降人员、材料、设备的任务，因此对其安全可靠性要求很高[1-2]。在控制矿井提升机运输过程中，为了让绞车司机看到巷道现场的实时直观情况，如：乘车人员是否上下完毕、岔机是否扳到位等，根据云锡松矿实际生产情况，开发出了罐笼提升的视频监视系统。在矿山竖井中，需要对每一个巷口进行视频监视，而只用一台上位机对罐笼的运输进行监控和监视，因此，需要开发一套视频自动切换监视系统。每当罐笼运行至一个巷口时，上位机的视频监视窗口画面自动切换到该巷口，并对该巷口进行实时监视。通过在实际现场的应用，监控室能够看到竖井各个巷口的较为清晰的视频画面，而且当罐笼在竖井中上下运行时，能实现视频画面的自动切换，而且不会出现视频闪烁。然后，把该监视程序直接移植到竖井提升机的监控程序中，程序也能正常运行。实现了一台监控机在对提升机的各种参数监控的同时，实现对罐笼到达的巷口情况的实时监视。

1 工作原理

采用VC-845摄像机接收视频信号，通过同轴电缆与光电转换器连接。转换后的光信号通过光纤传送到监控室，再与光电转换器连接后通过同轴电缆、15针D型接口与上位机安装的海康威视的视音频压缩卡[3]连接，对视频信号进行处理后，在上位机的显示器上显示出来，实现视频监视功能。同时，在每个巷口安装一个超声波传感器，用来接收罐笼到达每个巷口的信号，该信号被西门子的PLC(S7-300)接收，通过PLC与上位机的通信被送至上位机，作为视频监视程序中进行视频通道自动选择的条件，通过软件实现视频通道的自动切换，实现用一个视频窗口自动跟踪罐笼所在的巷口位置并实时监视该巷口的实际情况。图1为工作原理流程图。

图1 工作原理流程图

2 现场硬件设备配置

2.1 通信介质

数据通信的传输介质一般包括双绞线、同轴电缆、光纤电缆和无线传输介质。

双绞线是最普通的传输介质，由两根相互绝缘的导线组成。它具有以下特点：1)两条导线螺旋状拧在一起，可以减少邻近线路的电气干扰；2)一对双绞线可用一条通信线路，既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号；3)双绞线既可以用于点的连接，也可以用于多点连接，不用中继器的最大传输距离可达到1.5 km；4)抗干扰性较好，价格便宜等。

同轴电缆是一种常用的传输介质，分为基带同轴电缆(5012电缆)和宽带同轴电缆(7512电缆) 两类。它具有以下特点：1)同轴电缆由同心的内导体、绝缘介质层、屏蔽层和外部保护层组成。2)基带同轴电缆用于传输数字信号。宽带同轴电缆既可用于模拟信号的发送，又可用于数字信号的发送。3)同轴电缆既可以用于点对点的连接，也可用于多点连接。基带同轴电缆最大传输距离为几千米；宽带同轴电缆可达到几十千米。4)对于较高的频率，同轴电缆的抗干扰性比双绞线好，但价格高于双绞线。

光纤电缆是性能最好的传输介质。它具有以下特点：1)光纤用各种玻璃外加保护层组成，在折射率较高的单根光纤外面用折射率较低的包层围裹起来，就构成一条光纤通道，由多点光纤组成光纤电缆；2)光纤普遍用于点对点的连接，可以在6～8 km的距离内不使用中继器进行传输；3)光纤不易受电磁干扰和噪声影响，所以抗干扰性极强。

无线传输介质主要有微波、红外线和激光。它们主要应用于精度要求高、工作环境好的系统中[4-6]。

矿山竖井昏暗、潮湿、粉尘多，环境很恶劣，干扰严重，根据以上传输介质的特点和云锡松矿的实际生产条件，采用光纤进行视频传输。

2.2 摄像机

VC-845摄像机是日夜两用型红外线摄像机，在白日或光线充足的环境条件下整个摄像机画面显示为彩色，能保证观看者正常观看图像。当工作环境进入到夜间或光线不充足的状态时，整个摄像机画面显示由彩色自动转为黑白，从而保证使观看者能在照明环境变化时清晰正常地观看图像[7]。考虑到竖井的光线问题，综合性价比和实际情况，采用海康威视的VC-845摄像机。

2.3 与上位机的通信设备

实现与上位机通信，可以采用专业的工控组态软件，如INTOUCH、FIX等，以及专用的PLC通信接口模块和厂家推荐的DDE Server来完成。但成本较高、投资较大，而采用功能强大的Visual C++语言实现系统的上、下位机的通信，不但可以实现所需功能，还大大地降低了成本[8-9]。上位机和下位机采用RS-232串行总线标准进行通信，连接十分简单，如图2所示。如果采用RS-485串行总线标准进行通信，只要使用RS-232/RS-485接口转换器即可。

图2 工业PC与PLC的连接

3 软件设计方案

实现视频监视，首先要在应用程序中完成视频图像的捕获。视频图像捕获一般来讲有两种方法，一种是利用视频捕获卡所附带的二次开发包(SDK)开发工具，这种捕获方法的实现是与设备有关的，依赖于视频捕获卡与摄像头的类型，不利于灵活应用；另外一种捕获方法是Visual C++支持的Video for Windows(以下简称VFW)，这给视频捕获编程带来了很大的方便[10]。虽然，此次设计中应用了海康的视频采集卡，无法完成本设计要求，而利用VFW技术既可以提高视频捕获的灵活性，减少对物理设备的依赖，又可以实现控制提升机运输的同时对每个巷口进行动态监视，并实现视频画面自动切换。因此，此设计在VC平台下应用VFW进行视频捕捉编程[11]。

在工控机上实现一个视频窗口动态监视每个巷口的情况，需要视频界面自动切换，而视频的切换可以使用视频切换器和软件设置两种方法。第一种方法需要购买视频切换器，增加成本；因此通过软件控制程序来实现视频的自动切换，这也是本次设计的创新之处。为得到控制程序中自动选择视频通道的触发信号，在每个巷口安装一个超声波传感器，用来接收罐笼到达该巷口的信号。该信号通过PLC和上位机的通信，送入上位机，作为程序中视频通道自动选择的条件，实现视频的自动切换。由于Visual C++在图形处理和底层通信等方面具有较强的功能，所以本文选用它作为软件开发平台，用它来实现底层的通信控制有着更快的速度，而且编程也很方便。

实现上位机PC与下位机PLC S7-300之间的串行通信，我们采用ActiveX 串口通信控件，即Microsoft公司提供的MSComm控件。利用MSComm控件比使用Windows API函数要简单的多[12]。

实现原理是：每个传感器对应的PLC中地址的输出量在任何时刻只有0和1两个值，传感器没被触发时PLC输出值为0；当传感器接收到罐笼经过的信号时，对应的PLC输出值由0变为1。在上位机的监控界面按下“开始监控”按钮时，上位机PC与下位机PLC S7-300开始通信，并把PLC中的数据写入缓冲区，程序读取缓冲区中的数据。如果程序读取到PLC中某个地址中的数据为1，程序把该数据转换成该地址所对应的传感器所处巷口的视频通道的索引号，作为自动选择视频通道的条件，实现视频自动切换(实现程序在此省略)。

4 结论

系统经过运行，稳定可靠，监控室对竖井各个巷口的现场情况有了直观的感觉，而且能实现视频画面的自动切换。不但提高了竖井行人的安全性，而且提高了工作效率。在资金投入较少的情况下，达到了比较满意的效果。把该程序移植到竖井提升机监控系统中，视频画面也较清晰，也没有出现延时，实现了对巷口的实时监视，而且监控界面操作人员可以监测到竖井罐笼的给定速度、实际速度、所在位置、电枢电压、电枢电流、液压油压力、润滑油压力、回路通断、红绿灯情况以及各个中断的视频监控信号等，实现了对竖井罐笼的监视监控一体化。

[1] 斛福荣. 矿井提升机监控系统研究[J]. 山西煤炭,2008, 28(2)：24-27.

[2] 郭世军. 监控系统在矿山生产中的应用[J]. 山东冶金,2008,30(6)：69-70.

[3] 卢亮. 基于H.264视频压缩技术的视频监控系统[J]. 科技咨询,2009(30)：4-5.

[4] 求是科技. PLC应用开发技术与工程实践[M]. 北京：人民邮电出版社,2005(1)：130-131.

[5] 马海玉,王庭有,孙涛. 云锡集团松矿竖井牵引系统视频监控的开发应用[J]. 矿业快报, 2008(1)：72-74.

[6] 马海玉,王庭有,马海青. 云锡集团松矿竖井牵引系统视频监控研究[J]. 矿业快报,2007(10)：92-94.

[7] 陈小平. 在监控系统设计中需要注意的几个问题[J]. 智能建设与城市信息,2005,9(106)：113.

[8] 曹小华, 郭兴. 基于Visual C++的工业PC和PLC通信设计[J]. 港口装卸,2003(3)：33-35.

[9] 杨旭东,苏媛媛,谢昆,等. 基于VC++6.0的上位机与欧姆龙PLC通信系统研究[J]. 智能控制技术,2009,38(2)：55-60.

[10] 李江华,谢红,王晓丹. 基于VFW实时视频捕获原理与实现[J]. 应用科技，2005,32(9)：53-55.

[11] 冯茂岩. 基于Visual C++的视频流捕捉方法[J]. 计算机科学,2008,35(2)：132-133.

[12] 易小波,周海伟. VC平台下视频捕获的实现[J]. 衡阳师范学院学报,2006,27(6)：75-77.