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丹江口水电厂工业电视监控系统的应用
作者:聂秋玲    文章来源:本站原创    点击数:3220    更新时间:2006-8-15

聂 秋 玲

 

  要:阐述了工业电视监控系统在丹江口水电厂的应用。介绍系统组成,工作原理,功能,与水电厂的其他综合自动化系统的接口方式和通讯协议,对该系统的扩容改造,旧工业电视系统的接入提出自己的观点和看法。

 

关键词NTSC制式,硬盘录像,视频压缩 功能

                           

1  前言

 

水电厂运行不同值班方式对水电厂自动化有明确的不同的技术要求。基础自动化(包括机组调速、励磁、机组及其附属设备的自动操作和水力机械、全厂共用辅助设备的自动化)的完善可靠工作是实现从多人值班向机电合一,中控室集中少人值班的必要条件。一般情况下,对基础自动化设备或系统进行监视都通过计算机监控系统采集的信息来实现的。其缺点是对现场环境(人,设备,线路等对象)缺乏直观的观察和了解。工业电视作为监控系统的补充手段,具有可靠性,实时性,清晰性,可记录性的特点,是实现电厂安全运行的重要保障。

本文将结合丹江口水电厂工业电视监控系统的实施,简要介绍该系统的构成及运行中发现的问题,对系统的扩容,旧工业电视系统设备的接入提出解决方案。

 

2  简介

 

丹江口水电厂共装有六台水轮发电机组,总装机容量90万千瓦 110kV开关站及220kV开关站各一座。由于中控室距开关站较远且监测对象地理分布较广,只能在开关站增加值班室,由运行人员经常现场操作、监视各开关,隔离刀闸状态,不能满足水电厂“无人值班”(少人值守)的要求。随着全国水电厂综合自动化水平的提升,工业电视监控系统在水电自动化领域应用越来越广。工业电视监控系统原属于应用电视技术范畴,现已经成为实现水电厂“无人值班”(少人值守)的重要技术保障。电厂原有的工业电视系统于1995年安装,共设计4个摄像头,局限于厂房、监控系统机房、及停车库的监视,改造工程在110KV开关站、220KV开关站,变压器尾水平台增设了12个摄像头于2002年底完工。

2.1 工业电视监控系统硬件组成

丹江口工业电视监控系统是一个相对独立的监视系统,由前端设备,集成控制系统,硬盘实时录像,分控设备等设备组成。系统采用RS-422总线标准,完成与前端设备的通信接口,通过TCP/IP网络协议族UDP协议,实现与厂内MIS系统互联使的维护人员和管理人员可在办公网上实现画面浏览。系统组成如图1所示。

前端设备主要由ST3607远端解码器,云台、DSP彩色摄像机、防护罩、平衡传输器202T等构成。

集中控制系统主要由美国PELCO9740系列主控电脑、矩阵切换主机,字符叠加器,视频分配器,报警切换机,平衡传输器202R10组成。

硬盘实时录像主要由大屏幕工业级CRT监视器,综合影像处理机AD612C(硬盘录像机)构成。

分控管理机设备可由一台X86个人PC机完成控制任务。

 

 

1 系统组成图

2.2 软件组成

2.2.1 控制软件

主机应用控制软件,分控管理机应用软件,POS-Watch(网络影像传输)软件,前端设备控制软件。

2.2.2 调试软件

汉字字符添加组态软件,硬盘录像机升级软件,主机调试软件等。

2.3 系统功能

视频采集与控制;

影像录影与压缩;

不间断网络影像实时传输与历史重播。

 

3  系统的软、硬件性能、特点

 

前端设备在工程中远端解码器安装在配有云台及电动镜头的摄像机旁,使用多芯控制线直接与云台及电动镜头相联,并另有通信线。解码器采用主控芯片使用AT8031,通讯接口RS-422,通讯速率为9600bps,多点对一点,外总线方式与集成控制系统主机通讯,接受分控机命令。控制云台上下左右转动、提供摄像机直流12V电源并完成镜头的远近,焦距,光圈控制、云台的雨刮运动、云台交流24V电源。彩色摄像机内部电路使用大规模数字信号处理(DSP)芯片,水平清晰度大于400线。具有屏幕菜单显示(On-Srceen Display 简称OSD)功能。经过使用了一段时间以后,现将镜头设置为自动光圈,有利于摄像机对背景光补偿。全天侯室外型防护罩可以由内部电路自动完成电热,除湿功能,并接受远端解码器的雨刮控制信号。平衡传输器KDS202T/202R10成对使用。202T将由摄像机出来的V-OUT视频信号调制成为并且针对变电站50HZ工业干扰严重,采用了专门屏蔽技术。

主控CCU单元类似与一台486工控机,内置电子盘安装嵌入式操作系统,通过ISA总线RS422串口板与系统中各设备通讯。视频矩阵现可接入16 IN/16 OUT视频信号。5路可编程输出信号,其中4路输出信号自动循环送硬盘实时录像单元,1路送分控主机。并且视频矩阵可通过扩充板卡最多增至1024路视频信号。通过字符叠加器把各个监测点中文ID名称添加进入画面。

硬盘实时录像设备AD612C,采用非个人PC电脑式机顶盒体系构架,获得高可靠性,并且提供pnp 热插拔高速串行通信总线IEEE 1394 接口,完成400Mbps高速备份。分屏显示功能提供14916多种画面组合。

分控主机控制过程,如图2所示。

 

 

 

2 控制流程图

 

4  网络传输与实时录像功能实现

 

4.1建立网络传输链路

硬盘录像机上配置MIS系统相应网络IP地址,网关,子网掩码,NTSC制式输出画面,通过RJ45双绞线接入MIS网络Hub

4.2 远程权限管理与影像远程播放

MIS网络中PC机安装POS-Watch软件,通过区分用户ID分三级管理,由高到低分别为Admin, user, guest

 

5  数字图象压缩与备份

 

由于采取了NTSC制式,录像帧数最大可达30/秒。每帧解析度为640×480。视频信号输入后先数字化处理,然后进入压缩过程。影像压缩经过两个阶段,第一阶段,降低影像的解析度,一般降1/4解析度,即320×240。第二阶段,运用H263图象压缩运算规则压缩数字影像。

 

6  待完善的监控功能( 新系统的扩容及旧系统接入)

 

新旧工业电视监控系统性能比较,详见下表:

 

 

旧工业电视监控系统

新工业电视监控系统

视频信号传输方式

同轴电缆

双绞电话线

云台、镜头控制信号

多芯电缆

双绞线

数字摄像机

三可变低解析度DSP

三可变中解析度DSP

控制核心

集成电路

微处理器,超大规模集成电路

视频存储备份

数字式压缩硬盘备份

视频显示

工业电视高清晰电视机

工业级高清晰度监视器

视频切换

定时循环/手动切换

定时循环/手动切换/传感器报警切换

防护罩

室外型

可扩充性

1024路视频输入/输出

报警功能

传感器

网络传输

10M/100M自适应

 

新的监测点的添加监测点只用添加前端设备和视频矩阵的板卡,视频分配器。随着监测点的增加,可选择敏感地点或事故多发点录像。购买带视频运动检测器的现场单元,实现多个摄像点互锁联动,添加现场语音报警功能,远程控制功能,加装中控室云台控制键盘等。

对于旧工业电视监控系统剩余设备,保留其摄像机,云台,工业级电视机,并在每个监测点,添加一套T202视频平衡传输设备,ST3607远端解码器。工业级电视机接一路从视频矩阵视频输出的“万能”视频信号,其视频通道切换可用分控管理机进行控制。

对于使用过程中出现过通讯故障,主要考虑以下几点:

防雷器使用不当,波特率不匹配,解码器参数设置不对,通讯距离太远(减小信号反射的120Ω匹配电阻不当),现场解码器死机等。

新工业电视监控系统部分缺点:

视频传输并不是完全意义上的全数字视频传输,而是通过倒像技术完成。在前端将适合非平衡传输(75Ω同轴电缆传输)的模拟视频信号转换为适合平衡传输(双绞线传输)的模拟视频信号;在接收端则进行了与前端相反的处理,将模拟视频信号重新转换为非平衡的模拟视频信号。如果考虑电缆的电容分布与终端电阻构成的时间常数,可能会使信号部分劣化,造成图象模糊不清。匹配电阻必须使用75Ω而非600Ω,并且不能使用带屏蔽的双绞线,避免过高的分布电容增加RC时间常数。

 

7  结束语

 

在工业电视监控系统改造中的几点建议与体会。

由于我厂存在摄像头分布广(最远有近一千米),干扰强其通讯电缆和视频信号电缆与强电电缆分不开,工业电视监控系统应结合厂,开关站的地理环境,合理布置监测点,注意与高压电气设备保持足够安全距离和高度。在室外多雷、潮湿地区应考虑雷击、过电压、高压感应电等因素。采取相应的保护措施,如外壳接地,在通讯,视频,电源等回路加装防雷器等。一切以有利于人员维护和保护设备为原则。

一般工业电视控制系统中工控机是用于维护人员调试或管理用的,运行人员多用多功能键盘操作,现我厂运行人员都必须用超级用户的身份在工控机上操作这对工控机用户软件的维护带来不便。

DSP数字式摄像机,光圈启动设置为自动,可避免运行人员频繁操作。当叠加的汉字在画面中抖动,跳动时,可通过调整视角,视距,焦距等操作手段,改变背景光线强弱。当监视对象与中控室距离较远时,整个监控系统应避免使用不同相序电源,防止图象有周期时滞效应,防止图象抖动等画面干扰,损伤。

分控部分的软件,硬件平台,应采取开放式设计,以满足用户根据运行情况,可使用多种方式随时调整监视点摄像机,云台等设备,并方便其它水电厂综合自动化系统联接,如ON-CALL,计算机监控,开关站防“误”,消防安全监视,门卫等系统。如果与MIS网络通讯距离超过80,应串加中继或改用光纤。

硬盘录像机中时间/日期字符功能一般设置为同步录像。确保录像查找图象有“时”可依。由于采取数字视频压缩,硬盘相对容量提高,比使用磁带机(录像带)方式便于管理、操作,提高记录图象的清晰度,大大减小了数据图象文档的字节数,延长图象记录时间。

丹江口水电站工业电视监控系统的成功投运,提高该水电厂综合自动化水平。为实现了“无人值班”(少人值守)提供有效的技术手段,保证了水电厂开关站的安全经济运行。硬盘实时录像,视频集控系统,视频矩阵等新设备的使用,报警单元接口,网络视频传输等功能的实现,在全国水电厂工业电视监控系统中也是不多见的。值得水电厂,开关站等水电系统设计、使用借鉴。

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