電力載波在工業(yè)視頻上的應(yīng)用

文/趙和凡

電力載波在工業(yè)視頻上的應(yīng)用

文/趙和凡

煤礦井下生產(chǎn)過程復(fù)雜，環(huán)境惡劣，自然災(zāi)害多，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)和人身安全。煤礦井上、井下視頻系統(tǒng)的設(shè)置，對安全生產(chǎn)、調(diào)度指揮、科學(xué)決策提供了直觀、可靠的手段。在工業(yè)視頻上利用電力載波傳輸信號，借助電力線實(shí)現(xiàn)視頻圖像傳輸，不用單獨(dú)布線，安裝方便并且降低了成本，相對于同軸電纜傳輸和光纖傳輸有著極大的便利性，特別適合于在環(huán)境惡劣的煤礦井下使用。本文就電力載波通信技術(shù)（PLC）的優(yōu)勢、原理、系統(tǒng)組成和主要特性進(jìn)行了闡述。

一、電力載波的特點(diǎn)和優(yōu)勢

傳統(tǒng)工業(yè)電視系統(tǒng)的信號傳輸分為同軸電纜傳輸和光纖傳輸兩種方式。由于井下條件限制，圖像數(shù)據(jù)信息利用同軸電纜傳輸時(shí)，只能傳輸模擬信號，在傳輸距離、信息容量、抗電磁干擾及可靠性方面都存在許多不足；光纜傳輸面臨復(fù)雜、繁瑣的安裝工作，尤其在井下特殊環(huán)境下，光纜熔接更不容易操作，而且維護(hù)工作量大，維護(hù)需要投入的人力物力成本高。

電力載波通信技術(shù) （PLC）是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)信號的一種通訊方式。利用電力載波通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)視頻圖像傳輸，可以直接利用現(xiàn)有的低壓電力線網(wǎng)絡(luò)作為傳輸媒介，不用進(jìn)行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)投資，降低了成本，而且安裝方便快捷，為各種場合普遍使用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)提供了有利的條件，特別適合于在環(huán)境惡劣的煤礦井下使用。

二、電力載波原理

電力線載波雙向通信模塊是由調(diào)制器、振蕩器、功放、T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)、耦合電路、解調(diào)器等部分組成的傳輸模塊，其中調(diào)制器的載波信號是由振蕩器提供的。如圖1所示。

圖1 電力載波通訊原理圖

在數(shù)據(jù)發(fā)射時(shí)，待發(fā)信號通過TXD端向外發(fā)出，調(diào)制器對其進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后將信號通過功率放大器進(jìn)行放大，然后經(jīng)過轉(zhuǎn)向開關(guān)T/R、耦合電路將信號加載在艦船電力線上，數(shù)據(jù)接收時(shí)，已調(diào)信號經(jīng)過耦合電路、T/R轉(zhuǎn)向開關(guān)傳進(jìn)解調(diào)器，經(jīng)解調(diào)器后恢復(fù)原始信號，將該信號通過RXD端發(fā)送至下一級數(shù)字設(shè)備中。

三、礦用直流電力視頻系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)和組成

1.功能結(jié)構(gòu)

礦用直流電力視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，前段基于電力載波通訊技術(shù)，后端利用網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻信號及相應(yīng)數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)查看監(jiān)控現(xiàn)場情況，結(jié)束了監(jiān)控現(xiàn)場不可實(shí)時(shí)監(jiān)督管理的現(xiàn)象。系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控中心，傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，再配合相應(yīng)的軟件平臺。按功能總體可以分為設(shè)備接入層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、中心管理層和業(yè)務(wù)處理層。具體如下：

設(shè)備接入層。主要指安裝在井上下現(xiàn)場和重點(diǎn)區(qū)域位置視頻點(diǎn)，對現(xiàn)場情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻信號采集。

信號傳輸層。通過供電電纜載波通訊方式進(jìn)行前段信號傳輸，視頻信號傳輸至視頻分站經(jīng)與井上以連通通訊線路傳至視頻系統(tǒng)后臺顯示或者存儲。

中心管理層。包括接入服務(wù)器、管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、流媒體服務(wù)器、存儲服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器等模塊，為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供管理支撐。

業(yè)務(wù)處理層。它是整個(gè)系統(tǒng)的最終展示，它提供了對視音頻數(shù)據(jù)的瀏覽、對各種采集數(shù)據(jù)的匯總以及處理等功能。

2.系統(tǒng)組成

PLC攝像機(jī)作為前端圖像的采集設(shè)備和編碼設(shè)備，視頻信號通過供電電纜把視頻圖像等傳輸至視頻分站，通過分站將PLC信號轉(zhuǎn)化成TCP數(shù)據(jù)，接入就近網(wǎng)絡(luò)或直接傳入地面后臺。如圖2所示。

分控中心以網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)為核心，組合成一個(gè)小型的監(jiān)控平臺。完成攝像機(jī)視頻流的存儲、向中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、與報(bào)警設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動，提供給客戶方便、可靠、安全和實(shí)用的一套系統(tǒng)。

四、礦用直流電力視頻系統(tǒng)主要特性

礦用直流電力視頻系統(tǒng)從煤礦生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)際需求出發(fā)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，建立起高效、可靠的視頻網(wǎng)絡(luò)。管理人員能實(shí)時(shí)掌握各監(jiān)控點(diǎn)的動態(tài)變化，能隨時(shí)記錄、調(diào)用有關(guān)信息，能進(jìn)行有針對性的管理。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案具有科學(xué)性、合理性、可操作性，具備以下五個(gè)方面特性：

先進(jìn)性。礦用直流電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，系統(tǒng)前段攝像機(jī)采用PLC電力載波技術(shù)進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)的安裝調(diào)試和操作使用簡便易行。該系統(tǒng)集眾多先進(jìn)技術(shù)于一身，體現(xiàn)了當(dāng)前計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展水平，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。

經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。充分考慮礦井實(shí)際需要和信息技術(shù)發(fā)展趨勢，系統(tǒng)采用自組網(wǎng)方式傳輸，減少視頻流對工業(yè)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占有，緩解工業(yè)交換機(jī)接口不足現(xiàn)象。根據(jù)施工現(xiàn)場的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選用功能適合現(xiàn)場情況、符合視頻監(jiān)控要求的系統(tǒng)配置方案，通過嚴(yán)密、有機(jī)的組合，實(shí)現(xiàn)最佳的性能價(jià)格比，以便節(jié)約工程投資，同時(shí)保證系統(tǒng)功能實(shí)施的需求，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

可靠性。礦用直流電力視頻系統(tǒng)采用獨(dú)立供電方式并配備UPS電源，能確保系統(tǒng)高穩(wěn)定性和可靠性，滿足全天候長期穩(wěn)定運(yùn)行。

穩(wěn)定性。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較高的穩(wěn)定性，系統(tǒng)具有一整套完整的系統(tǒng)管理策略，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

擴(kuò)展性。礦用直流電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則，綜合考慮維護(hù)及操作因素，而且為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等留有擴(kuò)充的余地。

（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)梧桐莊礦）

（責(zé)任編輯：周瓊）