锦界煤矿变电所智能安防监控系统的应用
   来源:中国科技博览     2021年06月17日 03:14

嵌入式智能家居安防监控系统的设计

[摘  要]本文着重介绍了锦界煤矿中央二号变电所采用信息化手段采取的安全管理措施,通过安装在变电所变配电设备周围的智能摄像头和传感器,对供电设备环境进行全方位监测,同时变电站作为电力系统重要的安全生产场所,作业人员必须在规定的区域内工作而不能擅自超越工作范围,我们应用了智能门禁防闯入系统加强了变电所的安全运行。

[关键词]安防监控;门禁系统;智能摄像仪;无人值守

中图分类号:X936 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)23-0396-03

1 前言

随着数字化矿山的要求和发展,全国各煤炭企业都致力于提高煤矿的信息化和自动化水平,但井下变电所,水泵房等重要场所,依然采用的是普通的机械锁,存在巨大的安全隐患,一旦非工作人员非法进入,对运行设备进行误操作,将造成无法弥补的损失。另外井下变电所电气设备的缺陷检修或设备的常规检查等定性状态信息采用手工记录,常会出现记录不完整,容易丢失等情况,特别是一些严重缺陷未能及时上报和处理,从而可能导致严重事故,造成不必要的损失。

在煤矿供电系统中,由于电能输送、分配和使用的连续性,对系统中各设备单元的安全、可靠运行都有很高的要求。因此,提升变电所安防系统的信息化管理至关重要,实现矿井变电所的电气设备的自动巡检和门禁系统的智能管理,可以大大提高矿井的供电安全、设备的高效管理,这对煤矿的高产高效起到举足轻重的作用。

2 变电所智能轨道巡检系统

锦界煤矿中央2号变电所内共有高压开关柜85台,主要负责矿井二、四盘区的通风、排水、生产供电,变电所内实现无人值守后,现场设备硬件有什么问题,或按钮实际位置状态,调度室不能远程准确查看,通知井下检修人员到现场查看费时费力,为解决这一问题,锦界矿在井下中央2号电所内设计安装了一套智能轨道式巡检机器人,在地面调度室可远程移动操作监控摄像机,实时查看每台高压柜的现场显示状态及完好情况,同时该智能监控系统还具有当某台开关柜有报警或故障时,监控摄像机会自动移动至指定高压柜前方,方便人员远程查看。

2.1 系统组成及功能

该智能轨道巡检机器人具有自动巡检功能,通过简单设置,对区域内设备自动巡检,巡检机器人可在规定时间内完成对目标设备的巡检功能。将智能巡检机器人控制中心接入调度控制系统中,当高压柜进行分合闸操作时,智能巡检机器人会自动移动到当前需要操作的高压柜处,可远程近距离的监督现场操作执行情况。调度室也可根据需求,手动远程调整巡检机器人的位置,视频视角360°可调,并具有放大、缩小、调焦、调光、左行、右行、抓拍等功能。智能轨道式巡检机器人由控制中心、电机驱动、轨道总成组成,通过挂载高清摄像机,实现视频采集、巡检功能,系统支持TCP/IP协议或RS485协议控制运行,设备具有在线远程遥控功能。

(1)轨道监控系统架构:采用集中管理、分层控制的系统架构,分为监控中心端、管理服务器和变电站端三层,变电站端由摄像机、报警控制器、视频处理单元等信号采集设备组成, 管理服务器对各变电站端的视频处理单元进行集中管控,为监控中心提供对视频处理单元寻址功能,向视频处理单元转发监控中心的控制命令,并完成对系统用户管理和记录日志等,监控中心由监控工作站和网上终端用户组成。

(2)轨道巡航系统及视频服务器等硬件设施:轨道巡航系统包括轨道、可移动小车、固定架、控制自检系统、动力传感系统和网络摄像机。首先安装固定架,将轨道与滑触线平行安装在固定架上,将网络摄像机、动力传感系统、控制自检系统安装在可移动小车上,可移动小车安装在轨道上,通过皮带连接可移动小车,点位自检装置分别安装在轨道的两端与动力传感系统电信号连接,从功能上分为不定向巡航、控制自检、承载动力等几个部分。视频处理单元是变电站端的核心设备,应用专业品牌视频服务器,完成站内所有音视频信号及环境信息等控制器信息的解编码、转换处理、存储和上传等功能。

(3)智能巡检系统与自动化系统的联动:利用系统高度模块化、信息化特点,实现与变电所内综合自动化系统的联动,当变电所内某台配电柜发生继电保护动作、断路器、隔离开关变位等事件时,系统主机发送控制命令至移动小车及摄像机,移动小车根据控制命令迅速移动至轨道的指定位置,并进行视频信号采集、传输与存储,从而实现对电气设备的实时监控。

2.2 系统应用情况

通过应用变电所智能轨道巡检系统,有效解决了无人值守变电所内设备多、高压设备对巡检人员存在安全隐患,以及时间较长后巡检人员可能存在惰性,导致巡检工作疏忽等问题,并实现与自动化系统的联动,确保及时发现设备异常并报警,提高了调度人员对数字化变电站的遥视监控能力,缩短了变电设备的故障发现时间与缺陷排除的时间,进一步确保了电网安全稳定运行。目前该智能轨道式巡检机器人在锦界矿中央二号变电所内运行正常,在运行过程中可实时将设备运行情况和保护器显示的故障原因上传至智能控制中心,为地面操作人员远程快速处理故障提供了依据。同时在员工停送电操作时,可远程近距离的监督现场操作情况,发现问题,及时纠正,确保员工规范操作。

3 无人值守变电所门禁管理系统

门禁控制系统作为一种出入口监控管理系统可以实时监控各通道的情况,实现对各通道的人员进出管理,限制未授权的人员进入特定区域。井下无人值守变电所门禁管理系统采用全新的设计思路,在门体设计方面,改变了传统的矿用门的样式,使门体结构更加结实,外观更加漂亮,在防火、通风、防尘方面效果更加明显;在门禁系统方面,采用类似楼宇小区的门禁系统设计,刷卡开门,延时一段时间后自动闭锁,可远程遥控开门。为保证系统的安全性,读卡器、开门按钮、电磁锁等配件全部集成在矿用门上,电气线缆都在门体内部,使变电所门整体结构整洁美观,可以防止变电所从外部进行破坏。

3.1 系统组成

智能门禁系统由矿用本安型浇封电源为门禁控制分站提供本安电源,电磁锁、开门按钮和读卡器全部集成在新型矿用门上,由门禁控制分站控制。门禁控制分站的数据通过井下交换机接入井下工业环网,最终上传到调度室的上位机中,通过智能门禁系统管理软件可实现对井下门禁系统的远程控制、数据采集和实时显示。

3.2 系统通讯

智能门禁系统通讯示意图如图2所示,门禁控制分站分别为读卡器、电磁锁供电,并与读卡器、按钮开关和电磁锁之间进行数据通讯。门禁控制分站读取读卡器的刷卡信息并存储,当刷卡时,门禁控制分站控制矿用门开启。电磁锁为门禁控制分站提供门状态信号,门禁控制分站通过门状态信号判断门的开、闭状态。按钮开关为门禁控制分站提供开关量信号,按下按钮时,门禁控制分站控制矿用门打开。

门禁控制分站与环网交换机通讯采用TCP/IP通讯或者485通讯方式,当门禁控制分站距离环网交换机近时采用TCP/IP通讯方式,门禁控制门站通过网线接入网络交换机实现数据上传,当通讯距离远时,采用485通讯方式,末端通过485转网口模块转成网线接入网络交换机实现数据上传。门禁系统也可单机使用,即不需要联网就可以实现本地刷卡开门,实现本地控制,并可以记录24万条刷卡记录,当数据超出后,新数据将自动覆盖旧数据。

以上通讯电路针对煤矿井下的工作环境,均设采用了抗干扰电路设计,可有效降低煤矿井下环境对通讯传输的影响,保证传输的距离。

3.3 系统工作原理

工作人员在门外刷卡,读卡器用来读取工作人员的智能卡信息,再转换成电信号发送到门禁控制分站中,分站根据接收到的卡号,通过程序判断该持卡人是否有授权在此时间段可进入门内,若刷卡人员有权限进入,门禁控制分站控制电磁锁开启,工作人员可进入门内,门扇关闭后若干秒后(可设置),门禁控制分站控制电磁锁自动吸合,锁紧矿用门。若工作人员无权限,则刷卡无效,读卡器报警,以示门卡无效。工作人员在门内时,按下出门按钮可,门禁控制器控制电磁锁开启,工作人员可直接出门,若干秒后,门禁控制分站控制电磁锁自动吸合。

对于联网型门禁系统,即实现门禁控制分站与上位机通讯,上位机可下发控制命令控制分站开启被控门,实现远程控制。上位机也可以向门禁控制分站下发刷卡人授权信息设置刷卡人权限。门禁控制分站可以将采集到的刷卡信息、门的开闭状态信息、按钮开关信息等数据传到上位机,在上位机软件可实时显示和查询这些历史信息,从而实现对井下门禁系统的实时监控。单个控制分站就可以组成一个简单的门禁系统,用来管理一个或两个门。多个控制分站通过通信网络同计算机连接起来就组成了整个矿山企业的门禁管理系统。

3.4 系统结构形式

煤矿井下一卡通门禁系统采用新型矿用门设计,在防尘、防火等方面做了特殊的设计,并且将读卡器和电磁锁等配件全部镶嵌在门扇上,走线也全部从门扇和门框内走,在变电所外面完全看不到接线,不仅结实美观,更增加了矿用门的安全性。新型矿用门的门框和门扇摒弃了传统的角钢结构,骨架采用钢管的形式,相比之下,新型矿用门结构更加结实,样式更为美观。小门扇与大门扇之间设有石棉密封条,耐高温,关闭后密封严实,防火、防尘俱佳。

读卡器和按钮开关安装在左侧门扇上,如图7所示,其走线全部在门扇内部,读卡器安装在门的外侧,按钮开关安装在门的内侧,在门外刷卡开门,在门内按按钮开门。

电磁锁由锁体和衔铁两部分组成,电磁锁锁体嵌在门扇的压条内,衔铁嵌在右侧门扇边缘,当电磁锁锁体通电时产生吸力,当门扇关闭时,锁体吸合衔铁,形成门的闭锁。

小门扇为通风窗,门扇内侧为通风钢网,钢网采用两层设计,中间夹有防尘棉,可有效防止外部灰尘进入变电所内部,保护了变电所的干净整洁。钢网上侧采用压片设计,松开压片,可将防尘棉取出进行更换和清洗。门框底侧固定在下侧的防水石门槛上,底侧门框与两侧门框连接采用可拆卸设计,当变电所需要进大型设备需要破坏防水石门槛时,底侧门框可拆下,从而不破坏门的结构。

门禁系统走线如图8所示,在门扇内侧读卡器、开门按钮和电磁锁旁边内嵌入接线盒,方便接线和检修,引线从接线盒出来,从门扇的方管内引至门框上方,引入室内。室内也设有接线盒,方便与控制分站接线与检修。变电所外侧看不到任何接线,此种设计可以防止蓄意破坏,保证变电所的安全。

3.5 门禁一卡通技术实现

一卡通系统最根本的需求是“信息共享、集中控制”,因此一卡通系统的设计不应是各单个功能的简单组合,而是从统一网络平台、统一数据库、统一的身份认证体系、数据传输安全、各类管理系统接口、异常处理等软件总体设计思路的技术实现考虑,使各管理系统,各门禁读卡终端设备综合性能的智能化达到最佳系统设计。

门禁软件采用服务器+工作站的形式的模块化技术,这种结构便于不同的职能部门根据权限来进行独立管理避免权限交叉管理出现混乱。如服务器数据工作站用于数据处理,维护工作站用于系统维护,巡更工作站用于保安管理,访客工作站应用访客的管理。另外,本系统还设计了专业的OPC接口,通过这个接口可以方便的将门禁系统集成到其他自控系统。

4 总结

锦界煤矿在数字矿山项目整体推进的过程中,适时提出井下无人值守变电所智能轨道巡检系统和智能门禁管理系统的设计和实施,无疑是对数字矿山关键技术研究与示范项目的有效补充。变电所智能安防系统的实施为井下变电所的标准化管理、安全运行提供了保障,将矿井变电所自动化、信息化深度融合,大大提升了整个矿井的安全管理水平。

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作者简介

邬永权(1972—),男,内蒙鄂尔多斯市人,工程师,1996年7月毕业于内蒙古科技大学,采矿专业,现任神东煤炭集团锦界煤矿管理处副矿长。

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