王圣章

【摘 要】皮带机地下通廊部分现场空间狭小，环境恶劣，操作人员作业时通讯设备不能保持通畅，人员互保联保措施执行不到位，存在安全隐患。通过物联网技术对作业现场进行安全本质化改造，达到作业人员安全受控。

【关键词】皮带机；地下通廊；安全本质化

一、现状

莱钢集团银山型钢炼铁厂现有2座1880m3高炉和一座3200m3高炉，年产生铁600万吨以上。3座高炉均采用喷吹煤粉技术，在煤粉倒运过程中用于输送煤粉的K1皮带全长330米，有200米的皮带位于地下通廊。因为地下通廊内条件恶劣、空间狭小，并且手机无信号，通讯不能保持畅通，连对讲机都无法通话，岗位人员进入地下通廊作业存在无法监控的盲区，一旦出现危险无法及时发现并立即施救，存在安全隐患。

二、改进措施

为保证地下通廊内皮带机岗位人员作业安全管控和通讯畅通，对K1皮带进行地下通廊区域安全管理系统技术改造，实现安全本质化目标。皮带区域安全管理系统是基于物联网系统、计算机软硬件技术、信息采集处理技术、网络数据通讯技术、自动控制技术等多学科综合应用为一体的信息交互系统，用于实现监控中心与皮带区域的音频、视频、数据三维安全交互管理，进而达到对该区域作业人员的安全生产科学管理的目标。本系统能实现型钢炼铁厂K1皮带区域与负责该皮带的值班班组之间的的视频、音频、数据的三维交互传递。其主要功能如下：

网络覆盖：实现整条皮带区域的网络覆盖，为各应用系统提供网络基础支持

双向语音通讯：工作人员在皮带区域通过手持移动设备与值班班组人员之间进行实时双向语音交流

视频监控：在值班班组能够实时调取现场视频图像，也可通过设置的移动侦测告警或皮带联动告警进行相应视频图像的实时推送。

人员定位：对进入皮带区域的人员进行实时定位，确定进入皮带区域人员的数量及所处的位置。

皮带报警联动：利用红外对射在皮带附近设定危险区域，对进入危险区域的人员进行声光报警提示。皮带报警信号接入现场自动化控制系统，实现告警信号的联动控制。

三、设计方案

（一）方案概述。本系统包含五部分内容：基础网络部分、语音调度部分、综合音视频信息交互模块、人员定位部分、皮带报警联动部分。

（二）功能模块介绍

1.基础网络及数据服务器部分。网络部分整个系统的基础，所以构建一个运行稳定、接入方式灵活的网络系统是首要任务。本方案以有线网络为主、无线网络为辅的模式进行设计。无线AP采用隧道专用八木天线，它有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。

2.语音调度部分。双向语音通信是该系统需要解决的核心问题，但该系统应用范围小、接入用户数量少，如果部署大型语音调度系统将会造成大量的资源浪费。根据现场状况做如下改进：充分利用莱钢现有的IP调度系统平台，将皮带区域接入用户作为调度系统的一个单独的群组，利用群组权限设定实现群组与其他用户的隔离，并实现群组内部人员之间的双向语音对讲与监控中心对皮带区域人员的广播功能。因此只需要添加工业WIFI手机跟调度终端、购买相应授权就可以实现语音调度的所有功能。

3.综合音视频交互部分。視频监控系统有三部分组成：前端图像采集系统（含供电系统）、传输系统、后端监控管理系统。设计时将后端监控管理系统接入莱钢现有的视频管理平台，大大降低投资费用。根据现场特点，前端系统选用高清红外IP摄像机，实现对整条皮带及附近范围的实时监控，并充分利用监控系统附带的移动侦测功能实现进入皮带区域人员的跟踪定位。

动态侦测基本工作原理：整个监控画面被分成多个小区域，用户可以任意选择其中的区域，并且可以对选中的监控区域进行1-20级的敏感度设置。 这样当有东西移动时将被摄像机服务器检测到并可进行相应的联动。

利用动态侦测功能可实现对出入口和人员通道位置的区域设定，当有人员在该区域内移动时将图像推送到监控前台，提醒监管人员重点监视。

该摄像机附带双向语音对讲功能，在摄像机附近人员可通过安装的拾音器与监控中心人员进行双向语音对讲。监控中心人员也可通过MAC 进行语音广播，以应对各种突发事件。（该功能可作为语音调度系统的功能扩充，在语音调度系统无法正常工作时仍可以与现场工作人员进行有效的沟通）。

4.人员定位部分。系统采用区域三维空间可探测性设计，由区域控制哨兵准确的在监控区域设置出0～5米半径的近似球形空间监控区域；工作人员携带电子标签进入皮带区域后，电子标签被区域控制哨兵激活，向外发射自身ID号+区域控制哨兵ID号构成的定位无线信息；电子标签发出的信号由附近的无线识别电子监控基站读取到，将信号获取后传送到后台系统处理；

根据皮带维护人员数量，配备30张电子标签。

设备分布：

每隔50米安装一台基站设备，以太网有线方式通讯，共计6台设备；哨兵采用3通道天线设备，可每30M一台设备，定位精度5M，共计11台设备。

5.皮带报警联动部分

该功能模块主要由红外对射探测器、报警控制器和声光报警设备及通讯接口等硬件设备组成。可实现的主要功能：在皮带正常运行过程中，人员靠近皮带一定距离时启动声光报警器提示现场操作人员，并将告警信号上传监控中心。

工作人员必须靠近皮带作业时可通知监控中心撤防，防止无效的告警产生，在工作结束后重新进行布防。

红外探测器选用三光束红外探测器，在三束红外光被遮挡时才进行告警，这样能避免因粉尘等原因造成的误告警。

（三）统一平台软件

统一平台实现个子功能模块的融合，将各子功能模块中的视频、音频、数据作为资源进行统一显示、处理。其结构如下图所示：

（四）系统特点

在设计整个系统时，遵循先进性、实用性、易操作性、经济性的原则。在保证必要的技术先进性和满足生产、安全管理要求的前提下，尽量减少投资。充分利用现有网络、语音调度资源，以达到节约成本，缩短工期，使系统早日投入使用的目的。保障建成后的系统技术先进、运行稳定可靠、维护操作方便简单、投资经济有效。

四、实施效果

皮带区域安全管理系统不仅可以解决通讯问题，还能监控人员行为轨迹。本系统在2013年6月通过公司规划部讨论通过，9月施工完成进入试运行阶段。系统试运行至今，岗位人员进入皮带安全管理系统管辖的区域就进入了安全防护系统，一旦出现越界、违规等行为，管理系统能及时报警并锁定观察现场的情况，便于施救，整个系统运行稳定，达到了预期目的，下一步逐渐在其余有类似情况的皮带机上陆续安装此系统。