萊鋼地下通廊K1皮帶機安全本質化改造

王圣章

【摘 要】皮帶機地下通廊部分現場空間狹小，環境惡劣，操作人員作業時通訊設備不能保持通暢，人員互保聯保措施執行不到位，存在安全隱患。通過物聯網技術對作業現場進行安全本質化改造，達到作業人員安全受控。

【關鍵詞】皮帶機；地下通廊；安全本質化

一、現狀

萊鋼集團銀山型鋼煉鐵廠現有2座1880m3高爐和一座3200m3高爐，年產生鐵600萬噸以上。3座高爐均采用噴吹煤粉技術，在煤粉倒運過程中用于輸送煤粉的K1皮帶全長330米，有200米的皮帶位于地下通廊。因為地下通廊內條件惡劣、空間狹小，并且手機無信號，通訊不能保持暢通，連對講機都無法通話，崗位人員進入地下通廊作業存在無法監控的盲區，一旦出現危險無法及時發現并立即施救，存在安全隱患。

二、改進措施

為保證地下通廊內皮帶機崗位人員作業安全管控和通訊暢通，對K1皮帶進行地下通廊區域安全管理系統技術改造，實現安全本質化目標。皮帶區域安全管理系統是基于物聯網系統、計算機軟硬件技術、信息采集處理技術、網絡數據通訊技術、自動控制技術等多學科綜合應用為一體的信息交互系統，用于實現監控中心與皮帶區域的音頻、視頻、數據三維安全交互管理，進而達到對該區域作業人員的安全生產科學管理的目標。本系統能實現型鋼煉鐵廠K1皮帶區域與負責該皮帶的值班班組之間的的視頻、音頻、數據的三維交互傳遞。其主要功能如下：

網絡覆蓋：實現整條皮帶區域的網絡覆蓋，為各應用系統提供網絡基礎支持

雙向語音通訊：工作人員在皮帶區域通過手持移動設備與值班班組人員之間進行實時雙向語音交流

視頻監控：在值班班組能夠實時調取現場視頻圖像，也可通過設置的移動偵測告警或皮帶聯動告警進行相應視頻圖像的實時推送。

人員定位：對進入皮帶區域的人員進行實時定位，確定進入皮帶區域人員的數量及所處的位置。

皮帶報警聯動：利用紅外對射在皮帶附近設定危險區域，對進入危險區域的人員進行聲光報警提示。皮帶報警信號接入現場自動化控制系統，實現告警信號的聯動控制。

三、設計方案

（一）方案概述。本系統包含五部分內容：基礎網絡部分、語音調度部分、綜合音視頻信息交互模塊、人員定位部分、皮帶報警聯動部分。

（二）功能模塊介紹

1.基礎網絡及數據服務器部分。網絡部分整個系統的基礎，所以構建一個運行穩定、接入方式靈活的網絡系統是首要任務。本方案以有線網絡為主、無線網絡為輔的模式進行設計。無線AP采用隧道專用八木天線，它有很好的方向性，較偶極天線有高的增益。

2.語音調度部分。雙向語音通信是該系統需要解決的核心問題，但該系統應用范圍小、接入用戶數量少，如果部署大型語音調度系統將會造成大量的資源浪費。根據現場狀況做如下改進：充分利用萊鋼現有的IP調度系統平臺，將皮帶區域接入用戶作為調度系統的一個單獨的群組，利用群組權限設定實現群組與其他用戶的隔離，并實現群組內部人員之間的雙向語音對講與監控中心對皮帶區域人員的廣播功能。因此只需要添加工業WIFI手機跟調度終端、購買相應授權就可以實現語音調度的所有功能。

3.綜合音視頻交互部分。視頻監控系統有三部分組成：前端圖像采集系統（含供電系統）、傳輸系統、后端監控管理系統。設計時將后端監控管理系統接入萊鋼現有的視頻管理平臺，大大降低投資費用。根據現場特點，前端系統選用高清紅外IP攝像機，實現對整條皮帶及附近范圍的實時監控，并充分利用監控系統附帶的移動偵測功能實現進入皮帶區域人員的跟蹤定位。

動態偵測基本工作原理：整個監控畫面被分成多個小區域，用戶可以任意選擇其中的區域，并且可以對選中的監控區域進行1-20級的敏感度設置。 這樣當有東西移動時將被攝像機服務器檢測到并可進行相應的聯動。

利用動態偵測功能可實現對出入口和人員通道位置的區域設定，當有人員在該區域內移動時將圖像推送到監控前臺，提醒監管人員重點監視。

該攝像機附帶雙向語音對講功能，在攝像機附近人員可通過安裝的拾音器與監控中心人員進行雙向語音對講。監控中心人員也可通過MAC 進行語音廣播，以應對各種突發事件。（該功能可作為語音調度系統的功能擴充，在語音調度系統無法正常工作時仍可以與現場工作人員進行有效的溝通）。

4.人員定位部分。系統采用區域三維空間可探測性設計，由區域控制哨兵準確的在監控區域設置出0～5米半徑的近似球形空間監控區域；工作人員攜帶電子標簽進入皮帶區域后，電子標簽被區域控制哨兵激活，向外發射自身ID號+區域控制哨兵ID號構成的定位無線信息；電子標簽發出的信號由附近的無線識別電子監控基站讀取到，將信號獲取后傳送到后臺系統處理；

根據皮帶維護人員數量，配備30張電子標簽。

設備分布：

每隔50米安裝一臺基站設備，以太網有線方式通訊，共計6臺設備；哨兵采用3通道天線設備，可每30M一臺設備，定位精度5M，共計11臺設備。

5.皮帶報警聯動部分

該功能模塊主要由紅外對射探測器、報警控制器和聲光報警設備及通訊接口等硬件設備組成?？蓪崿F的主要功能：在皮帶正常運行過程中，人員靠近皮帶一定距離時啟動聲光報警器提示現場操作人員，并將告警信號上傳監控中心。

工作人員必須靠近皮帶作業時可通知監控中心撤防，防止無效的告警產生，在工作結束后重新進行布防。

紅外探測器選用三光束紅外探測器，在三束紅外光被遮擋時才進行告警，這樣能避免因粉塵等原因造成的誤告警。

（三）統一平臺軟件

統一平臺實現個子功能模塊的融合，將各子功能模塊中的視頻、音頻、數據作為資源進行統一顯示、處理。其結構如下圖所示：

（四）系統特點

在設計整個系統時，遵循先進性、實用性、易操作性、經濟性的原則。在保證必要的技術先進性和滿足生產、安全管理要求的前提下，盡量減少投資。充分利用現有網絡、語音調度資源，以達到節約成本，縮短工期，使系統早日投入使用的目的。保障建成后的系統技術先進、運行穩定可靠、維護操作方便簡單、投資經濟有效。

四、實施效果

皮帶區域安全管理系統不僅可以解決通訊問題，還能監控人員行為軌跡。本系統在2013年6月通過公司規劃部討論通過，9月施工完成進入試運行階段。系統試運行至今，崗位人員進入皮帶安全管理系統管轄的區域就進入了安全防護系統，一旦出現越界、違規等行為，管理系統能及時報警并鎖定觀察現場的情況，便于施救，整個系統運行穩定，達到了預期目的，下一步逐漸在其余有類似情況的皮帶機上陸續安裝此系統。