一种矿用防人员闯入智能监控报警装置的实现与研究

刘东梅

（中信重工开诚智能装备有限公司，河北唐山 063020）

该装置通过红外热释电传感器采集人员信号，通过CAN总线传送到可编程控制器，由可编程控制器对语音声光报警箱进行控制，警告闯入人员立即退出提升作业斜巷。通过摄像机实时监控录像和人脸识别使绞车司机和煤矿管理人员能直观的观看作业现场情况。如有事故发生，本装置能提供事故分析的重要资料。

为了提高煤矿生产能力和安全生产管理水平，大多煤矿已安装或即将建设多种自动化控制系统。但这些这些监测、监控系统大多是在不同时期建设的，处于相互独立的状态，存在数据不开发不能上传现象。煤矿轨道运输在矿山生产中虽然应用非常广泛，但由于其应用环境较差，缺少安全警示装置，安全事故时有发生，尤其是在有行人偏口的斜巷提升运输时，经常会因行人误闯入，导致人员伤亡事故。而且事故发生后，由于不能及时提供事故人员的信息和事故发生过程的监控资料作为分析事故原因、解决事故的依据，带来事故处理的不便。为解决上述问题，同时为提升矿井信息化，透明化，提高矿井安全程度，泵矿用防人员闯入智能监控报警装置即为非常好的解决这一难题。目的在于有效控制行人与运输作业的关系，达到“开车不行人、行人不开车”的目的，杜绝车辆撞人事故的发生。而且当人员闯入后，能够统计闯入人员的数量并反馈至绞车司机处，提醒司机注意斜巷有作业人员闯入并对误闯人员进行及时的语音报警，警告闯入人员立即退出提升作业斜巷。可提供多种通讯接口，有效实现提高传输平台的可靠性和传输能力，有效的提高矿井安全调度水平，实现对煤矿机电设备和安全监测信息的远程集中监测与控制。

1 装置组成

1.1 装置组成

本文中防人员闯入智能监控报警装置主要由两部分组成：井下控制部分、井下视频监控部分和地面集中控制部分。井下控制设备：矿用隔爆兼本质安全型电源箱、CAN 总线主站板、矿用本安型红外热释电传感器、矿用语音声光报警箱、隔爆型可编程数据采集箱、CAN 总线分站板、可编程控制器、交换机、本安控制台液晶屏。井下视频监控部分：隔爆视频摄像机地面控制设备：网络控制柜、工控机、显示器、NVR 超脑存储设备组成。

1.2 主要设备参数

矿用隔爆兼本质安全型电源箱：矿用隔爆兼本质安全型电源箱用于本装置各器件的供电，输入AC127V，输出DC24V，750 mA。CAN 总线主站板：用于与CAN 总线分站板进行RS485通讯。矿用本安型红外热释电传感器：DC24 V，开关量信号输出，模拟量信号输出。一种以非接触的感应红外辐射传感器，并将其转换为电信号。由于其可较好的完成对小动物、电磁场、灯光等干扰的抵抗，且具有功耗小、成本低、隐蔽性好、灵敏度高等特点。矿用语音声光报警箱：工作电压DC15V，工作电流≤380 mA，信号箱能够显示警示语言，在黑暗中20m 可见，具有声音报警功能。声响强度≥85dB（A）。隔爆型可编程数据采集箱：内置PLC 可编程控制器、设备控制电源、继电器，CAN 总线板、接线端子等电气元件。CAN总线分站板：用于采集红外热式传感器、输出控制语音声光报警箱、与CAN 总线主站板进行RS485通讯。可编程控制器：采用西门子小型紧凑S7-1200系列PLC，兼容DI，DO，AI，AO 等多种接口，2个百兆以太网电口，可扩展多种通讯口，RS485，Prof ibus-DP 等。交换机：输入电源电压DC12～48V，功率小于12 W，2光百兆光，8百兆电。摄像机：用于井下视频监控，工作电压AC127V，功率≤65 W。水平清晰度：≥ 350线。最低照度：≤0.2Lux。灰度等级：≥7级。光纤传输、以太网电传输。接口数量3路。本安控制台液晶屏：用于显示设备运行及故障状态。网络控制柜：用于放置地面交换机、NVR 等存储设备。工控机、显示器：8G/2T+256固态，24寸液晶显示器。NVR 存储设备：8路NVR 硬盘录像机。

图1 连接图

1.3 装置连接

红外热释电传感器一（3）、红外热释电传感器二（4）和语音声光报警箱（5）安装在巷道偏口位置，分别与CAN 总线分站板（2）连接，CAN 总线分站板（2）与CAN 总线主站板（7）连接，CAN 总线主站板（7）与可编程控制器RS485口（9）连接，摄像机（21）通过网线接入交换机以太网电口二（23），交换机以太网电口一（22）通过网线与可编程控制器以太网电口（10）连接，交换机以太网电口三（24）与控制台液晶屏（20）通过网线连接，交换机以太网光口二（14）通过光缆与交换机（17）连接，交换机以太网光口一（13）通过光缆与下一个偏口的数据采集箱连接，交换机（17）与NVR 超脑硬盘录像机（16）用网线相连，NVR 超脑硬盘录像机（16）与工控机（18）用网线连接，工控机（18）与显示器（19）连接。网络控制柜（15）、工控机（18）和显示器（19）安放在地面集控室内，如图1所示。

1.4 本装置工作过程

在绞车运行时，严禁行车巷道有作业人员闯入。当有人员从任何位置进入行车巷道偏口时，如图1所示，人员信息均会被矿用本安型红外热释电传感器一（3）和矿用本安型红外热释电传感器二（4）捕捉到闯入信号，然后通过CAN 总线通讯方式，经CAN 总线分站板（2）将信息传送到CAN 总线主站板（7），CAN 总线主站板（7）通过可编程控制器RS485口（9）把矿用本安型红外热释电传感器一（3）和矿用本安型红外热释电传感器二（4）采集到的两路人员信号、偏口位置等信息传送给可编程控制器（8），可编程控制器（8）进行处理后，立即输出指令控制斜巷偏口的语音声光报警箱（5）发出“你已进入行车巷道，请立即退回”提示语音，人员信息通过以太网通讯方式分别传送给控制台液晶屏（20）和地面集控室的工控机（18），通过控制台液晶屏（20）和显示器（19）进行显示，使绞车司机和管理人员第一时间了解到违规人员出现的位置、数量等情况。当人员退出后，该装置能够及时取消设备报警状态。

在每个偏口处分别安装摄像机（21）对作业地实时全方位监控。摄像机（21）能够对经过设定区域的行人进行人脸检测和人脸跟踪，抓拍出最为清晰的人脸图像后，通过以太网上传到地面网络控制柜（15）中的NVR 超脑硬盘录像机（16）。然后对照片中的人脸进行检测，根据人脸照片的建模特征在矿方人脸数据库中进行快速检索，检索出其中相似的人脸，从而协助矿方对照片中人员进行身份认定。发生事故时，利用NVR 超脑硬盘录像机（16）提供的事发视频和抓拍的违规闯入人员照片，从而可作为事故分析和责任认定的重要资料，为处理事故提供可靠依据。图2为地面集控室工控机显示画面。

图2 上位机画面

2 系统特点

系统支持以太网TCP/IP协议，RS485、RS232 和PROFIBUS 等多种通讯接口，具有很强的扩展性。为煤矿智慧矿山构建统一的传输平台奠定坚实的基础。数据上传地面集控室，可由集控室统一控制操作，可实现管控一体、掌控全局的功能。实时全方位监测人员闯入。闯入人员数量数据实时传送到可编程控制器内，由控制器通过以太网光缆传送到地面集控室。具有多类型报警设备接口。控制数据、视频数据备份完整齐全，安全性强，便于查阅以及事故分析备案。通讯稳定，传输距离远。可编程控制器具有集成PROFINET接口，强大的集成工艺功能和灵活的可扩展性等特点，为各种工艺任务提供了简单通信和有效的解决方案，尤其满足多种完全不同的自动化需求。提升矿山生产的安全性、可靠性、可扩展性和可管理性。

3 系统功能

该装置通过多个红外热释电传感器采集人员信息。通过CAN 总线传送到可编程控制器，由可编程控制器进行逻辑分析运算后对语音声光报警箱进行控制，警告闯入人员立即退出提升作业斜巷。通过摄像机实时全方位监控，视频数据可实时上传地面集控室显示备份。该装置可使绞车司机和煤矿管理人员能直观地观看作业现场情况，且具有人脸识别功能。如有事故发生，本装置能提供事故分析的重要资料。传输速率高、带宽容量大、传输距离远和抗干扰能力加强。为数据、视频、合一奠定了坚实的基础。均可方便就近接入，易于扩展，无须重复布线，节约投资。

随着“两化融合”建设越来越深入的今天，社会与科技的不断发展和进步，矿山园区智能化系统的规模和自动化的程度在保障安全生产的前提下，在不断扩大和提高，用户的需求也会不断变化。矿用防人员闯入智能监控报警装置的实现与研究全面体现了自动化控制与监控技术在煤矿井下的广泛应用，进一步实现了安全生产，安全管控，在统一的综合自动化监测监控系统中，进行集中的调度管理，使煤矿井下的人员信息、设备的工况信息和控制信息在一个统一的平台上传输，提高传输平台的可靠性和传输能力，有效的提高矿井安全调度水平，实现对煤矿机电设备和安全监测信息的远程集中监测与控制。