海上石油平臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)與火災(zāi)探測系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉玉豪

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)中心 天津 300452）

0 引言

近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度和信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能、圖像處理、無線傳輸?shù)刃录夹g(shù)也給視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化應(yīng)用衍生出更為先進(jìn)的功能，視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過與其他系統(tǒng)相互結(jié)合，通過智能管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警功能，大大加強(qiáng)了安全生產(chǎn)管理，提高了生產(chǎn)現(xiàn)場的管理有效性[1]。本文以海上石油平臺研究為基礎(chǔ)，遵循“充分保護(hù)投資，確保全面擴(kuò)展”的指導(dǎo)思想，最大化充分利用現(xiàn)有條件下對視頻監(jiān)控系統(tǒng)與火氣探測系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)來構(gòu)造一個(gè)實(shí)用、高效、安全、可靠的安防聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)，并進(jìn)行應(yīng)用。該設(shè)計(jì)方案不僅優(yōu)化了日常管理工作，也全面提高了中海油平臺的安全性。該設(shè)計(jì)方案符合未來5 年發(fā)展規(guī)劃，隨著安防聯(lián)動(dòng)報(bào)警行業(yè)逐步發(fā)展和我國監(jiān)控報(bào)警工程建設(shè)的發(fā)展，此設(shè)計(jì)方案具有很高的前瞻性。

1 海上石油平臺火氣探測系統(tǒng)技術(shù)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)

1.1 海上石油平臺火氣探測系統(tǒng)技術(shù)

火災(zāi)和可燃?xì)馓綔y報(bào)警系統(tǒng)（Fire Alarm and Gas Detector System），又叫火氣探測系統(tǒng)（FGS）[2]。火氣探測系統(tǒng)包含火氣控制系統(tǒng)和布置在海上石油平臺生產(chǎn)區(qū)域及生活區(qū)域的不同種類的探測設(shè)備，還包括與廣播報(bào)警系統(tǒng)（PA/GA 系統(tǒng)）、緊急關(guān)斷系統(tǒng)（ESD 系統(tǒng)）、安全消防系統(tǒng)以及供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)（HVAC 系統(tǒng)）的接口。

海上石油平臺的設(shè)備設(shè)施長時(shí)間處在一個(gè)相對復(fù)雜的高腐蝕、高鹽霧的海洋環(huán)境下。另外，受生產(chǎn)環(huán)境等一些因素的限制，海上平臺還具有總體設(shè)備布置相對緊湊，生活樓（生活區(qū)域）與生產(chǎn)區(qū)域距離比較近，救逃生空間及設(shè)施受限等特點(diǎn)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，會產(chǎn)生煙霧并伴隨高溫和火光的出現(xiàn)，當(dāng)設(shè)置在海上石油平臺現(xiàn)場的火氣探測裝置探測到火焰、可燃?xì)饣蛘哂卸練怏w時(shí)，位于海上石油平臺中央控制室（CCR）的火氣系統(tǒng)會連續(xù)監(jiān)控相關(guān)的現(xiàn)場探頭，并將檢測到的這些火氣信號進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)變?yōu)閳?bào)警信號進(jìn)行報(bào)警或啟動(dòng)自動(dòng)滅火系統(tǒng)，第一時(shí)間使現(xiàn)場火災(zāi)得到有效控制。

火氣探測系統(tǒng)從功能上分主要由可燃?xì)饪刂破?、火控制器（一般為基于微處理器的控制器和基于固態(tài)電路的控制器）、邏輯控制（其輸入信號為各控制器的輸出信號和其他開關(guān)信號）、人機(jī)界面（包括盤面聲光報(bào)警和狀態(tài)指示、手動(dòng)按鈕）、旁路（通常包括硬件旁路開關(guān)和軟件旁路開關(guān)）、通信接口（如以太網(wǎng)接口、串口）、電源（UPS 供電）與現(xiàn)場的接線端子及其他附件組成。如圖1 所示，火氣探測系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)施、火災(zāi)盤及其他相關(guān)系統(tǒng)的接口組成?；饸馓綔y系統(tǒng)的硬件配置組成情況依據(jù)不同平臺情況存在不同差別，包括可燃?xì)馓綔y系統(tǒng)、火災(zāi)探測系統(tǒng)、硫化氫探測系統(tǒng)等?；鹧嫣綔y器依據(jù)可燃物燃燒的不同時(shí)期、不同屬性及對火災(zāi)的探測基本原理的不同又可分為煙探測器、熱探測器和火焰探測器。氣體探測器可以分為可燃?xì)怏w探測器、有毒氣體探測器（如硫化氫氣體等）。

整個(gè)火氣探測系統(tǒng)應(yīng)兼顧以下列特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模塊化。系統(tǒng)可以對配置進(jìn)行靈活布置，確定監(jiān)控回路數(shù)量，如果單機(jī)結(jié)構(gòu)地址容量不足，能夠?qū)⑾到y(tǒng)配置成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的模式。（2）系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡潔、能夠做到設(shè)計(jì)簡單和節(jié)省電纜、方便工程施工和檢維修。（3）系統(tǒng)可靠性原則。系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自我診斷和智能報(bào)警功能。即當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，智能報(bào)警系統(tǒng)可根據(jù)探測到的火災(zāi)模擬量參數(shù)，作出綜合判定后進(jìn)行報(bào)警和控制。（4）系統(tǒng)中的探測器應(yīng)兼具火災(zāi)模擬試驗(yàn)功能，可對系統(tǒng)邏輯程序進(jìn)行便利調(diào)試。

1.2 海上石油平臺視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）技術(shù)

為了及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)重點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)部位及各種油氣處理設(shè)施出現(xiàn)的問題，避免和減少安全事故的發(fā)生，海上石油平臺上通常配置安全監(jiān)控系統(tǒng)，即在海上石油平臺上布設(shè)閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)（Closed Circuit Television System）。如圖2 所示：該系統(tǒng)能每天24 h，向安全/監(jiān)視中心提供清晰的監(jiān)視圖像，必要時(shí)還可在現(xiàn)場設(shè)置紅外線防盜功能[3]。視頻的圖像質(zhì)量（包括圖像大小、幀率、清晰度）可以由操作者在圖像采集地或圖像監(jiān)視中心選擇調(diào)節(jié)。不同位置攝像機(jī)的圖像可以由操作者根據(jù)觀察需要在圖像監(jiān)視中心進(jìn)行切換。

海上石油平臺的視頻監(jiān)控系統(tǒng)包含視頻采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。其中，視頻采集系統(tǒng)又包括前端設(shè)備和視頻服務(wù)器，前端設(shè)備通常選用防爆型攝像機(jī)，必要時(shí)特殊位置可選用具有紅外功能的攝像機(jī)。根據(jù)具體需求可采用帶有AI 功能的攝像機(jī)。視頻服務(wù)器端應(yīng)達(dá)到支持H.264，MPEG4等視頻的標(biāo)準(zhǔn)，并支持遠(yuǎn)程控制和管理工作。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中視頻信號可通過陸地與海上平臺之間的海底光纖或者陸地與海上平臺之間數(shù)字微波設(shè)備傳回陸地監(jiān)控中心。

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)與火氣探測系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)

2.1 聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)原則

2.1.1 可靠性原則

根據(jù)海上石油平臺的要求，結(jié)合工程建設(shè)中的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)要求，應(yīng)滿足系統(tǒng)整體匹配，穩(wěn)定性能高，日后不會產(chǎn)生因多家產(chǎn)品造成的未來不可預(yù)見的技術(shù)銜接不匹配和軟件升級等問題，也不會產(chǎn)生一系列諸如系統(tǒng)兼容性、穩(wěn)定性、質(zhì)量和售后服務(wù)糾紛等問題。

2.1.2 系統(tǒng)兼容性原則

聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)符合優(yōu)良的兼容性和可擴(kuò)充性。替換方便快捷，裝拆擴(kuò)容簡單，使用壽命長，易于日常維護(hù)，維修時(shí)間較短等原則。

2.1.3 系統(tǒng)安全性原則

依據(jù)國家規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及其有關(guān)的人身安全、消防法規(guī)來制定，除滿足功能所需的指標(biāo)外，其使用電壓、電源箱或盒的安裝、選線、穿管、接地系統(tǒng)也均應(yīng)符合人身安全法規(guī)[4]。本系統(tǒng)的電源和設(shè)備安裝也符合相關(guān)的消防條例[4]。

2.2 聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2.1 火氣盤與視頻系統(tǒng)硬盤刻錄機(jī)連接

在火氣盤與CCTV 系統(tǒng)盤柜設(shè)置聯(lián)動(dòng)模塊；聯(lián)動(dòng)模塊成對存在，火氣盤輸出開關(guān)量信號接入聯(lián)動(dòng)模塊A，中間通過485 信號連接在CCTV 盤柜的聯(lián)動(dòng)模塊B，聯(lián)動(dòng)模塊B 輸出開關(guān)量信號，接對應(yīng)的攝像頭。圖3 為聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)圖。

將火氣盤火區(qū)報(bào)警輸出的開關(guān)量信號點(diǎn)連接至報(bào)警主機(jī)故障點(diǎn)輸入，通過內(nèi)部的485 協(xié)議轉(zhuǎn)換，變回開關(guān)量信號進(jìn)入監(jiān)控機(jī)柜。一個(gè)火區(qū)有探頭告警，一個(gè)探頭附近的監(jiān)控點(diǎn)能做出相對應(yīng)的動(dòng)作，如報(bào)警音，屏幕報(bào)警自動(dòng)彈出，報(bào)警時(shí)只需傳送對應(yīng)火區(qū)報(bào)警的開關(guān)量信號，聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控。

2.2.2 聯(lián)動(dòng)設(shè)置預(yù)置點(diǎn)

根據(jù)平臺攝像頭布置原則和火氣探測設(shè)備布置原則，將攝像頭布置與平臺各火區(qū)火氣探測設(shè)備的布置相結(jié)合，保證每個(gè)火區(qū)的火氣探測設(shè)備附近有相應(yīng)的攝像頭，此位置設(shè)置為攝像頭監(jiān)控預(yù)置點(diǎn)位。

2.2.3 聯(lián)動(dòng)云臺

當(dāng)火氣探頭檢測到報(bào)警，火氣盤輸出常開干接點(diǎn)信號變?yōu)槌ｉ]給火氣系統(tǒng)主機(jī)報(bào)警，火氣系統(tǒng)有報(bào)警輸出就會有相應(yīng)的開關(guān)量信號傳入對應(yīng)的聯(lián)動(dòng)模塊，通過內(nèi)部的485 協(xié)議轉(zhuǎn)換，變回開關(guān)量信號進(jìn)入CCTV 監(jiān)控機(jī)柜。

硬盤錄像機(jī)接收到報(bào)警信號，協(xié)同聯(lián)動(dòng)其所對應(yīng)區(qū)域的云臺攝像頭旋轉(zhuǎn)到指定預(yù)置點(diǎn)位，并在中控中心監(jiān)視器上彈出相對應(yīng)畫面；同時(shí)，觸發(fā)監(jiān)控中心本地輸出多種不同的報(bào)警聲音或警鈴，其中聲音文件可自行設(shè)定或錄制。

2.2.4 聯(lián)動(dòng)其他系統(tǒng)

聯(lián)動(dòng)電視墻、聲光報(bào)警器、聯(lián)動(dòng)錄像/抓圖系統(tǒng)且錄像不會覆蓋，將現(xiàn)場畫面視頻傳回監(jiān)控中心。

當(dāng)前端觸發(fā)報(bào)警后，系統(tǒng)會聯(lián)動(dòng)監(jiān)控點(diǎn)對事故現(xiàn)場進(jìn)行緊急錄像及抓圖，后期事故調(diào)查階段可以通過查看錄像文件和圖片來復(fù)原報(bào)警時(shí)現(xiàn)場的實(shí)際情況。當(dāng)前端觸發(fā)報(bào)警后，可以把關(guān)聯(lián)的監(jiān)控點(diǎn)視頻投放到電視墻上進(jìn)行預(yù)覽，更加直觀地顯示前端現(xiàn)場情況。

預(yù)案聯(lián)動(dòng)通過預(yù)案配置，對報(bào)警發(fā)生時(shí)的處理步驟進(jìn)行配置。當(dāng)平臺接收到報(bào)警信號，監(jiān)控中心管理人員可根據(jù)報(bào)警關(guān)聯(lián)的預(yù)案進(jìn)行操作處理。聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)事件類型、事件起源及時(shí)間等條件對報(bào)警事件查詢，查詢結(jié)果信息包含準(zhǔn)確的事件發(fā)生時(shí)間和詳細(xì)的事件描述。

除此之外，聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)與海上石油平臺的三維電子地圖相配合，可用于管控子系統(tǒng)，將這些資源的平臺具體位置做出展示。三維電子地圖中可添加平臺火區(qū)以及緊急報(bào)警設(shè)備。報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，三維電子地圖上自動(dòng)定位該報(bào)警位置，并以圖標(biāo)閃爍的形式顯示報(bào)警狀態(tài)。并且可在三維電子地圖中顯示平臺各火區(qū)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，其所關(guān)聯(lián)的歷史報(bào)警事件以及對火區(qū)進(jìn)行旁路和旁路恢復(fù)等進(jìn)行操作。

3 聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)施步驟

3.1 新增網(wǎng)絡(luò)型攝像頭系統(tǒng)配置（看原有監(jiān)控主機(jī)是否支持聯(lián)動(dòng)）

報(bào)警信號接入硬盤錄像機(jī)，硬盤錄像機(jī)的報(bào)警信號為16 路，多個(gè)火災(zāi)報(bào)警信號連接一個(gè)攝像頭的報(bào)警輸入點(diǎn)，通過硬盤錄像機(jī)設(shè)置報(bào)警聯(lián)動(dòng)，設(shè)置攝像頭的預(yù)置位，實(shí)現(xiàn)報(bào)警彈屏，當(dāng)一個(gè)火區(qū)發(fā)生報(bào)警時(shí)，報(bào)警信號傳入硬盤錄像機(jī)，則該區(qū)域的指定的攝像頭會照射到預(yù)置點(diǎn)，可查看報(bào)警畫面。

3.2 模擬型攝像頭配置

選擇新型硬盤錄像機(jī)，并更換原有的硬盤錄像機(jī)（看原有監(jiān)控主機(jī)是否支持聯(lián)動(dòng))。

將原有攝像頭的485 控制線接入，實(shí)現(xiàn)原有攝像頭可控制操作。報(bào)警信號接入硬盤錄像機(jī)，硬盤錄像機(jī)的報(bào)警信號為16 路，多個(gè)火災(zāi)報(bào)警信號連接至一個(gè)攝像頭的報(bào)警輸入點(diǎn)，通過硬盤錄像機(jī)設(shè)置報(bào)警聯(lián)動(dòng)，設(shè)置攝像頭的預(yù)置位，可在無人平臺實(shí)現(xiàn)報(bào)警彈屏，當(dāng)一個(gè)火區(qū)發(fā)生報(bào)警時(shí)，報(bào)警信號傳入硬盤錄像機(jī)，則該區(qū)域的指定的攝像頭會照射到預(yù)置點(diǎn)，可查看報(bào)警畫面。

3.3 火氣點(diǎn)位系統(tǒng)接入

確定平臺的火區(qū)分布，確定有火區(qū)DO 點(diǎn)的輸出，如有必要需增加DO 卡件及繼電器。確定增加成對的數(shù)字量串口輸入輸出模塊，模塊配置見圖4。

火氣盤有報(bào)警輸出就會有相應(yīng)的開關(guān)量信號傳入對應(yīng)的聯(lián)動(dòng)模塊，通過內(nèi)部的485 協(xié)議轉(zhuǎn)換，變回開關(guān)量信號進(jìn)入CCTV 監(jiān)控機(jī)柜。一個(gè)火區(qū)有探頭告警，一個(gè)探頭附近的監(jiān)控點(diǎn)能做出相對應(yīng)的動(dòng)作，如報(bào)警音，當(dāng)畫面報(bào)警彈出，報(bào)警時(shí)只需傳輸相應(yīng)火區(qū)報(bào)警的開關(guān)量信號，聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控。

3.4 系統(tǒng)調(diào)式

在聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)配置完成后，需進(jìn)行分項(xiàng)工作及系統(tǒng)整體聯(lián)動(dòng)調(diào)試工作。調(diào)試時(shí)應(yīng)注意畫面的分類，做好標(biāo)注標(biāo)簽，檢查好線路，線路的連接按照說明書內(nèi)線纜的連接順序進(jìn)行連接，避免線序的錯(cuò)接現(xiàn)象，保證鏈路的暢通是施工的關(guān)鍵。系統(tǒng)只有通過子系統(tǒng)驗(yàn)收和系統(tǒng)試運(yùn)行且文檔資料齊全才能交付客戶進(jìn)行驗(yàn)收。系統(tǒng)試運(yùn)行期間，應(yīng)編制試運(yùn)行的培訓(xùn)手冊、操作維護(hù)手冊及相應(yīng)的詳細(xì)規(guī)程[5]。

對所有聯(lián)動(dòng)設(shè)備在聯(lián)動(dòng)運(yùn)行前，需要進(jìn)行聯(lián)動(dòng)模擬測試，并在確保設(shè)備動(dòng)作正確無誤和子系統(tǒng)運(yùn)行正常的情況下，連接聯(lián)動(dòng)控制線和反饋線，以保證系統(tǒng)全面得到各種性能。系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)應(yīng)按照設(shè)計(jì)進(jìn)行，其他設(shè)備聯(lián)動(dòng)前，應(yīng)對設(shè)備及其附屬裝置進(jìn)行全面檢查，合乎規(guī)范要求后，方可進(jìn)行試運(yùn)行[6]。設(shè)備設(shè)施的試運(yùn)行需符合設(shè)計(jì)文件及相應(yīng)的技術(shù)文件要求。準(zhǔn)備工作必須到位，并保證各相關(guān)負(fù)責(zé)人對試運(yùn)行情況進(jìn)行確認(rèn)和簽證。

4 結(jié)語

在海洋石油平臺上，火災(zāi)和可燃?xì)怏w探測報(bào)警系統(tǒng)是海洋石油工程安全生產(chǎn)的重要保障。本文對海上石油平臺的視頻監(jiān)控系統(tǒng)與火災(zāi)探測系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，通過對海上石油平臺火氣系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和基本功能的研究，從滿足平臺的實(shí)際需求出發(fā)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)研究，實(shí)現(xiàn)了對火災(zāi)遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)的檢測，為平臺正常生產(chǎn)及日常管理提供有力保障，將突發(fā)事件處理在萌芽狀態(tài)。