摘 要：闡述了工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)在丹江口水電廠的應(yīng)用。介紹系統(tǒng)組成，工作原理，功能，與水電廠的其他綜合自動化系統(tǒng)的接口方式和通訊協(xié)議，對該系統(tǒng)的擴(kuò)容改造，舊工業(yè)電視系統(tǒng)的接入提出自己的觀點和看法。

1 前言

水電廠運行不同值班方式對水電廠自動化有明確的不同的技術(shù)要求?；A(chǔ)自動化(包括機(jī)組調(diào)速、勵磁、機(jī)組及其附屬設(shè)備的自動操作和水力機(jī)械、全廠共用輔助設(shè)備的自動化)的完善可靠工作是實現(xiàn)從多人值班向機(jī)電合一，中控室集中少人值班的必要條件。一般情況下，對基礎(chǔ)自動化設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視都通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息來實現(xiàn)的。其缺點是對現(xiàn)場環(huán)境(人，設(shè)備，線路等對象)缺乏直觀的觀察和了解。工業(yè)電視作為監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充手段，具有可靠性，實時性，清晰性，可記錄性的特點，是實現(xiàn)電廠安全運行的重要保障。

本文將結(jié)合丹江口水電廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的實施，簡要介紹該系統(tǒng)的構(gòu)成及運行中發(fā)現(xiàn)的問題，對系統(tǒng)的擴(kuò)容，舊工業(yè)電視系統(tǒng)設(shè)備的接入提出解決方案。

2 簡介

丹江口水電廠共裝有六臺水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量90萬千瓦， 110kV開關(guān)站及220kV開關(guān)站各一座。由于中控室距開關(guān)站較遠(yuǎn)且監(jiān)測對象地理分布較廣，只能在開關(guān)站增加值班室，由運行人員經(jīng)常現(xiàn)場操作、監(jiān)視各開關(guān)，隔離刀閘狀態(tài)，不能滿足水電廠“無人值班”(少人值守)的要求。隨著全國水電廠綜合自動化水平的提升，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)在水電自動化領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣。工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)原屬于應(yīng)用電視技術(shù)范疇，現(xiàn)已經(jīng)成為實現(xiàn)水電廠“無人值班”(少人值守)的重要技術(shù)保障。電廠原有的工業(yè)電視系統(tǒng)于1995年安裝，共設(shè)計4個攝像頭，局限于廠房、監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)房、及停車庫的監(jiān)視，改造工程在110KV開關(guān)站、220KV開關(guān)站，變壓器尾水平臺增設(shè)了12個攝像頭于2002年底完工。

2.1 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成

丹江口工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)是一個相對獨立的監(jiān)視系統(tǒng)，由前端設(shè)備，集成控制系統(tǒng)，硬盤實時錄像，分控設(shè)備等設(shè)備組成。系統(tǒng)采用RS-422總線標(biāo)準(zhǔn)，完成與前端設(shè)備的通信接口，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族UDP協(xié)議，實現(xiàn)與廠內(nèi)MIS系統(tǒng)互聯(lián)使的維護(hù)人員和管理人員可在辦公網(wǎng)上實現(xiàn)畫面瀏覽。系統(tǒng)組成如圖1所示。

① 前端設(shè)備主要由ST3607遠(yuǎn)端解碼器，云臺、DSP彩色攝像機(jī)、防護(hù)罩、平衡傳輸器202T等構(gòu)成。

② 集中控制系統(tǒng)主要由美國PELCO9740系列主控電腦、矩陣切換主機(jī)，字符疊加器，視頻分配器，報警切換機(jī),平衡傳輸器202R10組成。

③ 硬盤實時錄像主要由大屏幕工業(yè)級CRT監(jiān)視器,綜合影像處理機(jī)AD612C(硬盤錄像機(jī))構(gòu)成。

④ 分控管理機(jī)設(shè)備可由一臺X86個人PC機(jī)完成控制任務(wù)。

圖1 系統(tǒng)組成圖

2.2 軟件組成

2.2.1 控制軟件

主機(jī)應(yīng)用控制軟件，分控管理機(jī)應(yīng)用軟件，POS-Watch(網(wǎng)絡(luò)影像傳輸)軟件，前端設(shè)備控制軟件。

2.2.2 調(diào)試軟件

漢字字符添加組態(tài)軟件，硬盤錄像機(jī)升級軟件，主機(jī)調(diào)試軟件等。

2.3 系統(tǒng)功能

視頻采集與控制;

影像錄影與壓縮;

不間斷網(wǎng)絡(luò)影像實時傳輸與歷史重播。

3 系統(tǒng)的軟、硬件性能、特點

① 前端設(shè)備在工程中遠(yuǎn)端解碼器安裝在配有云臺及電動鏡頭的攝像機(jī)旁，使用多芯控制線直接與云臺及電動鏡頭相聯(lián)，并另有通信線。解碼器采用主控芯片使用AT8031，通訊接口RS-422，通訊速率為9600bps，多點對一點，外總線方式與集成控制系統(tǒng)主機(jī)通訊，接受分控機(jī)命令?？刂圃婆_上下左右轉(zhuǎn)動、提供攝像機(jī)直流12V電源并完成鏡頭的遠(yuǎn)近，焦距，光圈控制、云臺的雨刮運動、云臺交流24V電源。彩色攝像機(jī)內(nèi)部電路使用大規(guī)模數(shù)字信號處理(DSP)芯片，水平清晰度大于400線。具有屏幕菜單顯示(On-Srceen Display 簡稱OSD)功能。經(jīng)過使用了一段時間以后，現(xiàn)將鏡頭設(shè)置為自動光圈，有利于攝像機(jī)對背景光補(bǔ)償。全天侯室外型防護(hù)罩可以由內(nèi)部電路自動完成電熱，除濕功能，并接受遠(yuǎn)端解碼器的雨刮控制信號。平衡傳輸器KDS202T/202R10成對使用。202T將由攝像機(jī)出來的V-OUT視頻信號調(diào)制成為并且針對變電站50HZ工業(yè)干擾嚴(yán)重，采用了專門屏蔽技術(shù)。

② 主控CCU單元類似與一臺486工控機(jī)，內(nèi)置電子盤安裝嵌入式操作系統(tǒng)，通過ISA總線RS422串口板與系統(tǒng)中各設(shè)備通訊。視頻矩陣現(xiàn)可接入16 IN/16 OUT視頻信號。5路可編程輸出信號，其中4路輸出信號自動循環(huán)送硬盤實時錄像單元，1路送分控主機(jī)。并且視頻矩陣可通過擴(kuò)充板卡最多增至1024路視頻信號。通過字符疊加器把各個監(jiān)測點中文ID名稱添加進(jìn)入畫面。

③ 硬盤實時錄像設(shè)備AD612C，采用非個人PC電腦式機(jī)頂盒體系構(gòu)架，獲得高可靠性，并且提供pnp 熱插拔高速串行通信總線IEEE 1394 接口，完成400Mbps高速備份。分屏顯示功能提供1，4，9，16多種畫面組合。

④ 分控主機(jī)控制過程，如圖2所示。

圖2 控制流程圖

4 網(wǎng)絡(luò)傳輸與實時錄像功能實現(xiàn)

4.1建立網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路

硬盤錄像機(jī)上配置MIS系統(tǒng)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)IP地址，網(wǎng)關(guān)，子網(wǎng)掩碼，NTSC制式輸出畫面，通過RJ45雙絞線接入MIS網(wǎng)絡(luò)Hub。

4.2 遠(yuǎn)程權(quán)限管理與影像遠(yuǎn)程播放

在MIS網(wǎng)絡(luò)中PC機(jī)安裝POS-Watch軟件，通過區(qū)分用戶ID分三級管理，由高到低分別為Admin, user, guest。

5 數(shù)字圖象壓縮與備份

由于采取了NTSC制式，錄像幀數(shù)最大可達(dá)30幀/秒。每幀解析度為640×480。視頻信號輸入后先數(shù)字化處理，然后進(jìn)入壓縮過程。影像壓縮經(jīng)過兩個階段，第一階段，降低影像的解析度，一般降1/4解析度，即320×240。第二階段，運用H.263圖象壓縮運算規(guī)則壓縮數(shù)字影像。

6 待完善的監(jiān)控功能( 新系統(tǒng)的擴(kuò)容及舊系統(tǒng)接入)

① 新舊工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)性能比較，詳見下表：

② 新的監(jiān)測點的添加監(jiān)測點只用添加前端設(shè)備和視頻矩陣的板卡，視頻分配器。隨著監(jiān)測點的增加，可選擇敏感地點或事故多發(fā)點錄像。購買帶視頻運動檢測器的現(xiàn)場單元，實現(xiàn)多個攝像點互鎖聯(lián)動，添加現(xiàn)場語音報警功能，遠(yuǎn)程控制功能，加裝中控室云臺控制鍵盤等。

③ 對于舊工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)剩余設(shè)備，保留其攝像機(jī)，云臺，工業(yè)級電視機(jī)，并在每個監(jiān)測點，添加一套T202視頻平衡傳輸設(shè)備，ST3607遠(yuǎn)端解碼器。工業(yè)級電視機(jī)接一路從視頻矩陣視頻輸出的“萬能”視頻信號，其視頻通道切換可用分控管理機(jī)進(jìn)行控制。

④ 對于使用過程中出現(xiàn)過通訊故障，主要考慮以下幾點：

防雷器使用不當(dāng)，波特率不匹配，解碼器參數(shù)設(shè)置不對，通訊距離太遠(yuǎn)(減小信號反射的120Ω匹配電阻不當(dāng))，現(xiàn)場解碼器死機(jī)等。

⑤ 新工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)部分缺點：

視頻傳輸并不是完全意義上的全數(shù)字視頻傳輸，而是通過倒像技術(shù)完成。在前端將適合非平衡傳輸(75Ω同軸電纜傳輸)的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為適合平衡傳輸(雙絞線傳輸)的模擬視頻信號;在接收端則進(jìn)行了與前端相反的處理，將模擬視頻信號重新轉(zhuǎn)換為非平衡的模擬視頻信號。如果考慮電纜的電容分布與終端電阻構(gòu)成的時間常數(shù)，可能會使信號部分劣化，造成圖象模糊不清。匹配電阻必須使用75Ω而非600Ω，并且不能使用帶屏蔽的雙絞線，避免過高的分布電容增加RC時間常數(shù)。

7 結(jié)束語

在工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)改造中的幾點建議與體會。

① 由于我廠存在攝像頭分布廣(最遠(yuǎn)有近一千米)，干擾強(qiáng)其通訊電纜和視頻信號電纜與強(qiáng)電電纜分不開，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合廠，開關(guān)站的地理環(huán)境，合理布置監(jiān)測點，注意與高壓電氣設(shè)備保持足夠安全距離和高度。在室外多雷、潮濕地區(qū)應(yīng)考慮雷擊、過電壓、高壓感應(yīng)電等因素。采取相應(yīng)的保護(hù)措施，如外殼接地，在通訊，視頻，電源等回路加裝防雷器等。一切以有利于人員維護(hù)和保護(hù)設(shè)備為原則。

② 一般工業(yè)電視控制系統(tǒng)中工控機(jī)是用于維護(hù)人員調(diào)試或管理用的，運行人員多用多功能鍵盤操作，現(xiàn)我廠運行人員都必須用超級用戶的身份在工控機(jī)上操作這對工控機(jī)用戶軟件的維護(hù)帶來不便。

③ DSP數(shù)字式攝像機(jī)，光圈啟動設(shè)置為自動，可避免運行人員頻繁操作。當(dāng)疊加的漢字在畫面中抖動，跳動時，可通過調(diào)整視角，視距，焦距等操作手段，改變背景光線強(qiáng)弱。當(dāng)監(jiān)視對象與中控室距離較遠(yuǎn)時，整個監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)避免使用不同相序電源，防止圖象有周期時滯效應(yīng)，防止圖象抖動等畫面干擾，損傷。

④ 分控部分的軟件，硬件平臺，應(yīng)采取開放式設(shè)計，以滿足用戶根據(jù)運行情況，可使用多種方式隨時調(diào)整監(jiān)視點攝像機(jī)，云臺等設(shè)備，并方便其它水電廠綜合自動化系統(tǒng)聯(lián)接，如ON-CALL，計算機(jī)監(jiān)控，開關(guān)站防“誤”，消防安全監(jiān)視，門衛(wèi)等系統(tǒng)。如果與MIS網(wǎng)絡(luò)通訊距離超過80米，應(yīng)串加中繼或改用光纖。

⑤ 硬盤錄像機(jī)中時間/日期字符功能一般設(shè)置為同步錄像。確保錄像查找圖象有“時”可依。由于采取數(shù)字視頻壓縮，硬盤相對容量提高，比使用磁帶機(jī)(錄像帶)方式便于管理、操作，提高記錄圖象的清晰度，大大減小了數(shù)據(jù)圖象文檔的字節(jié)數(shù)，延長圖象記錄時間。

丹江口水電站工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的成功投運，提高該水電廠綜合自動化水平。為實現(xiàn)了“無人值班”(少人值守)提供有效的技術(shù)手段，保證了水電廠開關(guān)站的安全經(jīng)濟(jì)運行。硬盤實時錄像，視頻集控系統(tǒng)，視頻矩陣等新設(shè)備的使用，報警單元接口，網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸?shù)裙δ艿膶崿F(xiàn)，在全國水電廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)中也是不多見的。值得水電廠，開關(guān)站等水電系統(tǒng)設(shè)計、使用借鑒。