Rozwój telewizji przemysłowej w KWB "Konin" SA

Specyfiką kopalni odkrywkowych jest duży obszar zajętego terenu górniczego, znaczna odległość i częsta zmiana miejsca obiektów górniczych względem dyspozytorni. Z tym związana jest trudność transmitowania sygnałów. Oglądanie procesów technologicznych i zabezpieczenie materialne mienia za pomocą przyrządów optycznych nie jest możliwe w tego typu zakładzie przemysłowym. Do tego celu służy między innymi monitoring przemysłowy.

Stan prac remontowych wykonywanych na maszynach podstawowych i przenośnikach, jak również wykonywanie robót górniczych tymi maszynami i przenośnikami, sprawy BHP, miejsce pracy sprzętu technologicznego, stan pompowni, identyfikacja pojazdów, obecność brygad, dozór itp., to informacje umożliwiające koordynację prac odkrywkowych w dyspozytorni. Natomiast stan obiektów i materiałów będących w zainteresowaniu osób próbujących je świadomie zniszczyć lub ukraść, to informacja umożliwiająca pracę służbom ochrony zakładu. Te dwa typy monitoringu mogą być realizowane jednocześnie. Jednym z prostszych sposobów realizacji zabezpieczenia mienia są tanie kamery i rejestratory analogowe z jednym monitorem do podglądu. Takie też były początki telewizji przemysłowej w KWB "Konin". Dzięki postępowi technologicznemu rejestrator analogowy został zastąpiony najpierw przez komputer z kartą analogową do obsługi obrazu z podłączonych kamer, a później przez rejestrator cyfrowy. Słabym ogniwem tak zbudowanego monitoringu pozostał kabel koncentryczny 75Ω, łączący kamery z rejestratorem, nie pozwalający na osiąganie dużych odległości. Jednak pojawienie się rejestratorów cyfrowych umożliwiających podłączenie do sieci ethernetowej pozwoliło na grupowanie obiektów dozorowanych, tzn. kilka kamer pracujących w małej odległości na jeden rejestrator cyfrowy. Za pomocą tego medium można transmitować obrazy z rejestratora na dowolne odległości. Taki rejestrator jednak musi pracować w ogrzewanym pomieszczeniu, co znacznie ogranicza jego zastosowanie, a już kompletnie eliminuje go z pracy na terenie odkrywki. Zastosowanie transformatorów sygnału TV i wzmacniaczy sygnału TV pozwoliło na maksymalne skrócenie kabla koncentrycznego do transmisji sygnału wizji. Należało go tylko doprowadzić do transformatora, który umożliwiał dalszą transmisję obrazu za pomocą skrętki komputerowej. Odległości osiągane tą metodą to około 300 m, przy dość słabej jednak jakości obrazu.

Fot. 1. Stacja przenośnikowa.

W KWB "Konin" od połowy lat 90. prowadzone były próby z użyciem sieci telefonicznej i wzmacniacza sygnału zamiast skrętki. Osiągnięte odległości (około 400 m) umożliwiły umieszczenie pierwszej kamery na przedpolu odkrywki "Kazimierz". Następnie w odkrywce "Lubstów" do transmisji sygnału TV wykorzystano technikę światłowodową. Ta dość droga w tamtych czasach metoda pozwoliła na przesył obrazu o dobrych parametrach wizyjnych do dyspozytorni. Doświadczenia uzyskane w odkrywce "Lubstów" pozwoliły na zbudowanie, opartego na transmisji światłowodowej, systemu telewizji przemysłowej odkrywki "Drzewce". Dobrze jest, gdy sieć światłowodowa stanowi podstawowy środek łączności, dodatkowo zapewniając transmisję obrazu. Do każdego punktu z zainstalowaną kamerą trzeba jednak światłowód i zasilanie doprowadzić indywidualnie, najczęściej prowadzeniem podziemnym. Powstaje zatem obiekt na stałe związany z gruntem, ze stałą infrastrukturą transmisyjną, budowa którego wymaga odpowiednich pozwoleń. Należy także wspomnieć o oczekiwanej w przedsiębiorstwie tego typu częstej zmianie miejsca ustawienia kamery i stosunkowo wysokiej cenie użytych tylko do tych celów urządzeń światłowodowych sygnału wideo.

Fot. 2. Nocne zdjęcie koparki.

Rodzaj kamer stosowanych w zakładach wydobywczych KWB "Konin" również ulegał zmianie. Prócz kamer skierowanych na stałe, które z biegiem lat były coraz lepsze i tańsze, zaczęto stosować kamery sterowane. Za pomocą sygnału RS 232/485/422, tzw. PTZ (Pan, Tilt, Zoom) doprowadzonego do kamery, można sterować przybliżeniem obrazu, przemieszczaniem w dwóch płaszczyznach i regulacją ostrości. Do tego celu stanowisko dyspozytora wyposażone jest w specjalną przystawkę rejestratora cyfrowego DVR (Digital Video Recorder), umożliwiającą wybór kamery (gdy jest ich kilka) odpowiednim przyciskiem i jej sterowanie za pomocą manipulatora. Kamerę z optyką umożliwiającą osiemnastokrotne przybliżenie (x18 zoom optyczny), obudową kompaktową, posiadającą termostat sterujący grzałką i wentylatorem, zastosowano w KWB "Konin" po raz pierwszy w odkrywce "Lubstów", a później w odkrywkach "Kazimierz" i "Jóźwin".

Fot. 3. Załadownia odkrywki "Jóźwin".

Poważnym problemem technicznym była konstrukcja wsporcza kamery. Stosowane kamery z zoomem optycznym powiększającym obraz od 18 do 35 razy wymagają bardzo stabilnego umocowania. Obiekty tego typu mocuje się na stabilnych budowlach, które na terenie odkrywki nie występują. Idealnym rozwiązaniem, do jakiego dążono, jest konstrukcja, która nie jest na stałe związana z gruntem (bez fundamentów), wysoka na tyle, aby uniemożliwić kradzież i zapewnić dobre pole widzenia, bardzo stabilna przy dużym powiększeniu obrazu. Po okresie prób powstała konstrukcja składająca się z około 6-metrowej rury Ø 323 i 3 zastrzałów stabilizujących o przekroju Ø 76, dospawanych płaskownikami. Całość składana jest w otworach wywierconych w gruncie za pomocą wiertnicy do kotwienia przenośników. Następnie wsuwa się w otwór szeroki główną rurę na głębokość około 3 metrów i mniejsze rozmieszczone po trójkącie, mocujące zastrzały. Konstrukcję tę po odcięciu płaskowników mocujących można łatwo zdemontować i przenieść w inne miejsce. Tak wykonany stelaż umożliwia stabilną pracę z obecnie stosowanymi kamerami kompaktowymi o powiększeniu 35-krotnym, pracującymi w trybie dzień/noc, do praktycznego wykorzystania na odległość 2-3 km. Przykładowe obrazy zarejestrowane w dzień i w nocy przedstawiają zdjęcia: nr 1 (stacja przenośnikowa nocą), nr 2 (koparka nocą), nr 3 (podgląd wsypu załadowni węgla odkrywki "Jóźwin"), nr 4 (obraz koparki nadkładowej w dzień).

Fot. 4. Koparka nadkładowa.

Tak pracujący system składający się z kamer niesterowalnych i rejestratorów oraz kamer sterowanych i rejestratorów DVR z przystawką sterującą postanowiono scalić w jedną całość. Zakupiono oprogramowanie integrujące pracujący dotychczas w kopalni "Konin" sprzęt monitoringu przemysłowego, znacznie rozszerzający jego możliwości. Rozwijanie w zakładzie technologii sieciowych LAN/ETHERNET, a w szczególności radiowych Wi-Fi doprowadziło do zbudowania stanowiska obsługi kamer związanego z infrastrukturą terenową tylko przez zasilanie 230 VAC. Wykorzystano sprzęt SCALANCE W firmy Siemens, pracujący w nielicencjonowanym paśmie radiowym 2,4 i 5 GHz i zasilanie z rozdzielni elektrycznej bariery odwodnienia odkrywki lub inny obiekt z takim zasilaniem. Zamianę sygnału analogowego TV w stosowanych dotychczas kamerach na ethernetowy, zapewniło nam zastosowanie przemysłowych videoserwerów o dobrych warunkach środowiskowych (w przeciwieństwie do videorejestratorów). Po zastosowaniu kamer z bezpośrednim wyjściem IP, to urządzenie będzie mogło być pominięte. Wygląd konstrukcji słupa z kamerą kompaktową i urządzeniami radiowymi przedstawia zdjęcie nr 5.

Fot. 5. Stojak pod kamerę.

Wybrano oprogramowanie holenderskiej firmy Griffid Digital Video Surveillance Software (www.griffid.com), wykorzystujące sieć LAN/ETHERNET jako medium transmisyjne, a do tworzenia archiwum zapisanych danych (obraz, zdarzenia, alarmy itd.) bazę Microsoft SQL Server 2005. Oprogramowanie o architekturze serwer - klient umożliwia podłączenie sprzętu różnych wytwórców (lista znajduje się na podanej wyżej stronie w zakładce supported hardware), aby w efekcie uzyskać dostęp do oglądanych na bieżąco (online) obrazów z kamer, ich sterowanie i rejestrację, kształtowanie sposobu wyświetlania i wiele innych możliwości; z dowolnego stanowiska komputerowego w KWB "Konin". Po uzyskaniu odpowiedniego podłączenia do sieci LAN naszego zakładu (IP VPN) te możliwości można mieć także z dowolnego miejsca na świecie. Oczywiście dostęp do serwera PC, na którym zainstalowano oprogramowanie GMS (Griffid Monitoring Station) z dowolnego komputera PC klient jest możliwy po uzyskaniu stosownych haseł (program zapewnia gradację uprawnień) od administratora systemu. Podgląd prac na odkrywkach realizowany za pomocą monitorów ciekłokrystalicznych wbudowanych w tablice synoptyczną dyspozytorni odkrywki "Jóźwin" i "Kazimierz" przedstawiają zdjęcia nr 6 i 7 (powiększenie samego ekranu Griffid - GMS). Schemat opisywanego systemu przedstawiono na rys. 1.

Rys. 1. Konfiguracja systemu KWB "Konin".

Fot. 6. Z telewizji przemysłowej korzysta dyspozytornia odkrywek "Jóźwin" i "Kazimierz".

Doświadczenia zebrane po około roku eksploatacji tak złożonego systemu monitoringu pozwalają sądzić, że będzie on rozwijany o dalsze odkrywki i obiekty. Planowane jest dopisanie do systemu nowo budowanej odkrywki "Tomisławice". A co dalej? Być może likwidacja ostatniego "kagańca" wiążącego punkty zainstalowania kamer. Rozwój technologii akumulacyjno-fotowoltaicznych może pozwolić w przyszłości na ich samozasilanie.

Fot. 7. Obraz z kamer na monitorze.