无人智能冶金起重机视频监控系统

马 文

(太原重工股份有限公司 技术中心 矿山采掘装备及智能制造国家重点实验室，山西 太原 030024)

0 引言

随着信息技术、传感技术、自动化技术的不断发展，IT和OT技术的不断融合，越来越多的智能化技术应用于工业现场。但是在冶金行业，冶金起重机的智能化技术尚处于刚开展的应用过程中[1]。为降低现场工人的劳动强度，改善现场设备的操作环境，同时为加快推进冶金起重机的智能化应用进程，针对国内某钢厂设计了无人智能冶金起重机视频监控系统。该系统不仅可以实时监测设备运行、火灾报警、人员入侵、滑线打火、人员上下车检测、司机人脸识别、轨道异物检测、吊具跟随等功能，还可以实现对告警事件上报、统计，保障设备的安全运行，可进一步推广应用于焦化、矿山等其他行业，为大型设备的远程操作、自动运维提供可靠服务。

1 无人智能冶金起重机视频监控系统设计

视频监控系统需要具备冶金起重机远程操作的实时视频监控、数据传输、人员检测、火灾监测、异常监测上报等功能，结合冶金起重机在车间内的工作范围、工作流程、工作环境规划设计视频监控系统的硬件、工作模式、使用环境、网络接口、数据交互、事件记录和上报、系统管理等；结合冶金起重机的应用场景来设计系统容量、技术指标、软硬件功能等指标，而且还要根据视频系统的各项功能输出情况设计视频系统和起重机远程控制系统的数据交互接口，为起重机的控制系统输出各项事件的告警、视频监控等数据，实现视频系统的各项功能。

1.1 视频监控系统硬件架构设计

图1为冶金起重机工作现场，通过对用户现场起重机工作范围进行现场实地测绘，设计了视频系统的实施范围。

图1 冶金起重机工作现场

单台起重机需要一套独立的系统，称为车上系统，地面厂房部分需要一套独立的系统，称为地面系统。视频系统分车上系统和地面系统两部分，每个系统由独立的主机完成信息的采集、处理、存储和显示。同时，每个系统都要预留网络接口，以便可以和起重机主系统进行联网及数据交换。

车上系统需要具备吊具视频跟随、轨道异物监测、减速机温度监测、电气室火灾监测、滑线集电器打火监测、高压室关键部位温度监测、人员上下行车监测等功能。地面系统需要满足工位视频跟随功能。视频监控系统架构如图2所示。

图2 视频监控系统架构

无人智能起重机的控制方式分为司机室控制和一键巡航、远程控制和自动运行，这两种控制模式均要求视频系统实现视频跟随和自动切换，要实时显示地面视频和车上视频。

本系统中单台起重机配备3台球机(球机全称为球型摄像机，其集彩色一体化摄像机、防护罩等多功能于一体，可设置多个预置位，水平方向360°连续旋转，垂直方向-15°、-90°旋转)用于吊钩跟踪、4台筒机(筒型摄像机用于固定位置的人员和异物侦测)用于轨道人员和物体监测、2台筒机用于操作人员上下行车监测。电气室和高压室使用热成像摄像机监测实时温度。热成像精确测温筒机用于减速机测温和滑线集电器打火监测。司机室配备一台人脸识别一体机，用于驾驶员身份识别。车上系统硬件连接如图3所示。

图3 车上系统硬件连接

地面系统使用45台筒机进行视频监控，跟随起重机的位置进行不同工位视频显示。地面系统硬件连接如图4所示。

图4 地面系统硬件连接

1.2 视频监控系统业务流程

1.2.1 挂钩跟随

主控系统通过SDK对接球机，起重机作业时系统根据吊钩的位置调用对应球机的预置位，完成对吊钩的实时观察。

1.2.2 人员入侵监测

当有活动目标进入布防区域时，监测设备开始监测活动目标，产生防范报警事件，并将事件上报给中心平台；综合安防管理平台报警系统接收到事件后，可进行事件查看，并通过平台的联动模块配置不同的联动方式。其中，视频防范会将报警事件发到智能分析设备进行分析，判断是否有人后再上报给平台。人员入侵上报流程如图5所示。

图5 人员入侵上报流程

1.2.3 告警联动

远控中心平台收到用户的报警信息后，显示报警的同时通过平台配置能自动弹出报警所发生区域的现场图像进行视频复核，复核时可打开声音监听现场环境，打开对讲与现场人员通话，使值班人员可以更全面、详细地查看，进行报警核实，帮助中心管理人员正确迅速地判断是否需要出警及如何处警[2]。

1.2.4 热成像温度监测

通过热成像摄像机将设备温度推送给平台，平台记录温度信息，形成设备温度台账，以温度曲线的方式进行呈现。监测温度与预设温度进行比对，温度异常时，将温度异常情况(高温、低温)和温度异常点通过图片的方式推送给监管人员，由监管人员根据经验进行处置。热成像温度监测流程如图6所示。

图6 热成像温度监测流程

1.3 数据交互接口

地面系统和车上系统完成单个系统功能后，需要设计安全、稳定、可靠的数据交互接口，以及用户和主控系统以及整个工厂上层管理系统的数据交互。

视频系统采用海康标准接口SDK接口，支持C#、C++、JAVA语言进行调用[3]。主控系统采用C#语言编写，进行接口调用。

1.4 视频监控系统网络

视频监控系统采用双腔波导管双波段冗余的并行通讯模式，并结合最新的5G技术进行冗余设计。

2 视频监控系统应用

图7为视频监控系统的现场应用效果。视频监控系统实现了起重机远程操作、设备状态监测等功能，取得了非常好的效果。

图7 视频监控系统的现场应用效果

3 结语

本文为某钢厂设计的无人智能冶金起重机视频监控系统，不仅可以帮助用户和设备厂商实现设备远程操作，而且能及时监测和报告各类异常告警事件，为无人起重机的安全运行、设备的智能维护提供支持和保障，具有良好的推广前景和应用效果。