淺談數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)在巖灘電廠智慧企業(yè)建設的應用

覃 柳

淺談數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)在巖灘電廠智慧企業(yè)建設的應用

覃 柳

（大唐巖灘水力發(fā)電有限責任公司，廣西 大化 530811）

工業(yè)電視系統(tǒng)不僅能直觀監(jiān)視并記錄工作現(xiàn)場的安全生產情況，更能及時發(fā)現(xiàn)事故苗子，防患于未然。在數(shù)字化轉型、智慧化電廠發(fā)展趨勢的背景下，作為現(xiàn)場安全生產實時監(jiān)控數(shù)據(jù)收集的邊界點，工業(yè)電視系統(tǒng)的監(jiān)控作用日益突出，文章對數(shù)字化工業(yè)電視系統(tǒng)在巖灘電廠智慧企業(yè)建設的實際應用進行了闡述和分析，供相關人員參考。

智慧企業(yè)；工業(yè)電視系統(tǒng)；數(shù)字化轉型；數(shù)據(jù)收集

引言

巖灘電廠位于廣西大化瑤族自治縣境內紅水河中游，與南寧市公路距離220 km，距柳州市230 km，是紅水河梯級的第五級水電站，在電網中擔任調峰、調頻和基荷任務。電站一期安裝4臺容量為300.25 MW的水輪發(fā)電機組，第一臺于1992年投產發(fā)電，1995年全部建成發(fā)電。電站擴建安裝2臺單機容量為300 MW的水輪發(fā)電機組，分別于2013年和2014年建成發(fā)電。

1　巖灘電廠工業(yè)電視系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

巖灘電廠包括有一期、二期廠房共兩套工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，其中一期廠房工業(yè)電視系統(tǒng)采用模擬視頻監(jiān)控方式，于2004年10月開始投入使用，二期廠房工業(yè)電視系統(tǒng)采用數(shù)字式高清視頻監(jiān)控方式，于2017年投入運行。系統(tǒng)布置包括地面廠房區(qū)域、大壩區(qū)域、GIS室、地下主廠房區(qū)域等共96個監(jiān)控點位，主要用于對電廠發(fā)電設備運行監(jiān)視和電廠一些重要部位進行安全監(jiān)視[1]。但以上監(jiān)控點不能涵蓋所有設備區(qū)域，特別是一些重要的設備場所無攝像頭監(jiān)視，如風洞上導、下導、出口開關等高風險區(qū)域，存在事故苗子未能及時發(fā)現(xiàn)、及時處置的風險。

同時，該系統(tǒng)運行已超過10年，老化損壞、傳輸線路中斷、視頻圖像顯示故障等問題出現(xiàn)頻繁，加大了工業(yè)電視維護人員的工作量，并且矩陣主機、攝像頭等主要設備還存在停產無備件等現(xiàn)象，不僅增加了系統(tǒng)的運維難度，對安全生產監(jiān)視能力也造成了嚴重影響，給安全生產帶來隱患。此外，在廠站“無人值班、少人值守”的智能管理模式下，水電廠現(xiàn)場運維人員大幅減少，模擬式的工業(yè)電視系統(tǒng)統(tǒng)僅能實現(xiàn)廠房內工業(yè)電視的各個攝像頭的手動調取查看及錄像回放功能，已不能滿足當前公司實際業(yè)務對工業(yè)電視的需求。因此，為提升系統(tǒng)監(jiān)控能力，適應智慧企業(yè)發(fā)展需求，提高運行維護人員設備感知、缺陷發(fā)現(xiàn)、狀態(tài)管控、主動預警等綜合應急處置能力，巖灘電廠對一期廠房工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)進行了更新改造。

2　改造后的工業(yè)電視系統(tǒng)

升級改造后系統(tǒng)均采用數(shù)字高清視頻監(jiān)控方式，具有強大的監(jiān)控錄像功能。系統(tǒng)配置靈活、操作方便、布局合理，由原來的96個監(jiān)控點增加至228監(jiān)控點，包括對主副廠房、大壩、風洞等重要安全場所、重要崗位、主要大型設備運轉情況等進行全覆蓋、全天候的高清視頻實時監(jiān)控及智能可視化監(jiān)控管理，滿足無人值班、少人值守的實際需求。系統(tǒng)設備具有工作可靠、性能穩(wěn)定、結構簡單、易于調試、維護、更換和日后擴展等特點，能滿足長時間工作的要求，大大降低運維成本，給企業(yè)安全生產帶來實際效益。其次，通過本次改造，系統(tǒng)還新增網絡高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的存儲設計，采用磁盤陣列視頻監(jiān)控專用存儲設備來存儲管理所有前端監(jiān)控攝像頭的實時監(jiān)控視頻。代替舊系統(tǒng)DVR硬盤錄像機存儲的形式，在提高磁盤容錯率的同時，也滿足了多路信號大容量存儲的要求，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的集中管理和共享，助力電廠數(shù)字化轉型。

2.1　網絡結構

系統(tǒng)主要由網絡傳輸設備、前端設備和后端監(jiān)控存儲設備組成[2]。網絡傳輸設備包括光纖線路、匯聚層交換機、萬兆口核心交換機、路由器等設備；前端設備包括網絡高清攝像機、交換機、光纖收發(fā)器、光纖融接盒等，為保障系統(tǒng)電源運行的可靠性，前端設備采用POE供電；后端監(jiān)控存儲設備則包括存儲服務器、管理服務器、存儲磁盤陣列以及監(jiān)控工作站等，全廠共更換原模擬攝像機一批及新增高清多功能攝像機共228臺，較原系統(tǒng)增設132個監(jiān)控點，監(jiān)控能力大幅提升。改造后工業(yè)電視系統(tǒng)網絡結構圖如圖1所示。

圖1　巖灘電廠工業(yè)電視系統(tǒng)網絡結構圖

如圖1所示，全廠攝像頭根據(jù)現(xiàn)場不同環(huán)境情況選用智能迷你半球網絡攝像機、全景光纖球機、雙眸球機、超高清球機、熱成像雙光譜測溫筒機等類型進行布置，風洞、水車室、出線平臺、GIS室、壩面區(qū)域、重點辦公區(qū)域等各個安全場所攝像機通過網線、光纜將視頻信號送到區(qū)域接入交換機匯聚，再通過單模光纜傳輸至核心監(jiān)控交換機接入存儲服務器和管理服務器。視頻信號再通過高清解碼器解碼后接入巖灘電廠中控室電視墻進行顯示監(jiān)控，供運行值班人員實時監(jiān)控現(xiàn)場安全生產情況。此外，系統(tǒng)分析服務器、陣列存儲服務器、超融合服務器均布置在工業(yè)電視機房，用于監(jiān)控、調取畫面、錄像回放、存儲所有前端監(jiān)控點位等。最后通過交換機等設備將一、二期工業(yè)電視系統(tǒng)形成統(tǒng)一的視頻監(jiān)控體系，經光纖傳輸設備將視頻監(jiān)控信號傳送至桂冠電力集控中心，實現(xiàn)集控中心對巖灘公司現(xiàn)場的實時視頻監(jiān)控。

2.2　系統(tǒng)改造后主要功能

2.2.1監(jiān)視功能

系統(tǒng)新增監(jiān)控攝像機全都采用光高清網絡攝像機，圖像分辨率能達到2400萬像素以上，滿足全景高清監(jiān)控需求。廠站值班人員通過客戶端可查看全廠所有監(jiān)控點圖像，可對攝像機的時鐘、圖像亮度、圖像對比度、圖像碼流速率等進行設置，可對攝像機登陸權限進行修改，可任意設置畫面遮擋區(qū)域，可添加圖像文字標題等?？蓪χ鞲睆S房、大壩、風洞、進廠交通洞等重要部位進行巡視，及時了解現(xiàn)場情況?？赏ㄟ^圖像查看電站現(xiàn)場發(fā)電主輔設備的壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)，監(jiān)視現(xiàn)場設備運行情況?？杀O(jiān)視現(xiàn)場有無漏水、漏油、火情等特殊情況發(fā)生，對重點部位人員進入情況進行監(jiān)視。當檢測到電站內重要區(qū)域有人員活動或其他危險時，能立即將該監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控畫面切換至中控室大屏幕顯示器上，并發(fā)出音響和閃光報警。2021年6月29日，巖灘突降暴雨。暴雨來勢兇猛，只過一會兒，雨水就漫過前方主廠房安裝間交通道，很快將從安裝間大門沖入廠房。此時中控室值班人員通過大屏監(jiān)控畫面看到該危急時刻，立即向上級匯報，組織人員投身到抗洪搶險中。在與雨水進行長達8小時的持續(xù)較量后，成功清退積水、淤泥，廠房生產設備未受到任何影響，監(jiān)控功能為保障電廠的安全生產起到了極為重要的作用[3]。

2.2.2光纖鏈路快速傳輸功能

網絡傳輸系統(tǒng)采用工業(yè)級單模光纖鏈路傳輸網絡，包括百兆接入層交換機、千兆匯聚層交換機、萬兆上行光口并與電廠綜合數(shù)據(jù)網實現(xiàn)互聯(lián)互通傳輸功能的核心交換機以及光纖收發(fā)器等設備，實現(xiàn)主干網傳輸速率最高可到1 000 Mb/s，區(qū)域網傳輸速率達到100 Mb/s，極大地提高了信號的傳輸數(shù)量和傳輸質量。由于電廠本身設計原因，線纜需要與電廠其他強電電纜、控制通訊電纜敷設在同一電纜溝或電纜腳架中，一旦采用不當?shù)膫鬏敺绞絼t會引起信號干擾的風險。為降低此風險，本次系統(tǒng)改造則根據(jù)傳輸距離的遠近，采用雙絞線和光纜方式取代同軸電纜進行信號傳輸，在畫面顯示上杜絕了模擬視頻的閃爍、重影、亮色互串等問題，進一步提升信號抗干擾能力。

2.2.3智能分析及存儲功能

存儲服務是本次系統(tǒng)改造的重點項目。通過新增采用磁盤陣列視頻監(jiān)控專用存儲設備，實現(xiàn)對所有前端監(jiān)控攝像頭的實時監(jiān)控和錄像存儲管理，采用集中式存儲方案，物理介質集中布放，更方便管理，數(shù)據(jù)更可靠、更安全，更容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)的大規(guī)模共享和應用。

（1）超融合服務器。

超融合服務器架構由兩部分組成，即超融合基礎設施和云計算管理平臺，超融合基礎設施基于超融合架構，以虛擬化技術為核心，將計算、存儲、網絡等虛擬資源融合到一臺標準X86服務器中，形成基準架構單元。并且多套單元設備可以通過網絡聚合起來，實現(xiàn)模塊化的無縫橫向擴展，進而形成統(tǒng)一的資源池，實現(xiàn)統(tǒng)一對外提供資源和服務的功能。云計算管理平臺能夠提供豐富的管理功能，包括應用遷移服務、多租戶管理、全局可視化管理等，管理員將虛擬機分配給用戶，自動發(fā)送郵件給用戶，用戶通過郵件中的鏈接、用戶名、密碼直接訪問虛擬機，無需登錄云計算平臺，虛擬機數(shù)據(jù)實時備份到云外外部存儲設備中，保障數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。超融合服務器平臺管理界面如圖2所示。

圖2　巖灘電廠工業(yè)電視系統(tǒng)超融合服務器平臺管理界面

（2）智能視頻分析服務器。

智能分析服務器通過匯聚交換機連接至現(xiàn)場網絡高清攝像機獲取實時視頻圖像，并利用計算機算法技術對傳輸至后臺的圖像內容進行自動分析記錄，實現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內入侵檢測、人臉檢測、人數(shù)檢測、異常行為檢測和報警等功能。通過智能分析后的信息，與超融合服務器相結合形成巨大的資源庫信息，最終實現(xiàn)在無人條件下進行全程自動化的監(jiān)控，為智慧企業(yè)建設提供有力的信息支撐和輔助決策支持。

（3）超容量磁盤陣列。

改造后的工業(yè)電視系統(tǒng)視頻存儲采用超容量磁盤陣列技術，具有海量存儲、高可靠性、高傳輸速率以及多重硬件冗余糾錯等多項功能，實現(xiàn)所有視頻輸入 24 h 全天候錄像及數(shù)據(jù)存儲，方便日后隨時查看回放。系統(tǒng)支持熱插拔技術，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線恢復，即當磁盤陣列中的任何一塊硬盤損壞時，不需要用戶關機或停止應用服務，就可以更換故障硬盤，修復系統(tǒng)，恢復數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高可靠性。系統(tǒng)提供超過企業(yè)級288 TB系統(tǒng)存儲空間，系統(tǒng)根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)存儲需求，可自動識別磁盤的剩余空間容量，為用戶劃分多個容量不同的數(shù)據(jù)存儲空間，提高傳輸速率的同時也提高了系統(tǒng)的容錯度和冗余度。

（4）安全生產管理平臺。

安全生產管理平臺采用以視頻為核心的物聯(lián)網技術，結合深度學習等人工智能技術，通過對所有攝像機進行遠程集中管理，實現(xiàn)視頻預覽、云臺控制、錄像回放、圖片查看、電視墻管理、人臉監(jiān)控、作業(yè)管控、設備巡檢、消防聯(lián)動、熱成像測溫、隱患處理等多種功能，系統(tǒng)利用AI技術對視頻、圖片進行智能分析，當發(fā)現(xiàn)生產過程中出現(xiàn)違規(guī)行為時，可對違規(guī)行為進行及時報警、處理及自動存儲違規(guī)行為事件信息，保障維護人員的人身安全與健康的同時提升業(yè)務效率，真正解決生產企業(yè)常見的違規(guī)行為處理不及時、追責無證據(jù)等實際問題，實現(xiàn)對安全生產行為監(jiān)管的高要求、強標準。

安全隱患治理。平臺支持對隱患進行分級分類并匹配不同的隱患治理措施。生產環(huán)節(jié)不同人員可按照責任范圍自動獲取隱患治理任務，并按照要求進行登記確認，維修整改，核查驗收等。

設備巡檢。通過現(xiàn)場、遠程兩種信息化手段，記錄并掌握現(xiàn)場設備運行狀況及周圍環(huán)境的變化。維護人員可通過視頻/圖片人工、視頻智能等遠程巡檢方式對風洞、集電環(huán)等高危區(qū)域和無法到達區(qū)域進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷和危及安全的隱患，保證設備安全和生產系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)支持從任務、對象、問題三個維度查看巡檢記錄、巡檢記錄導出和巡檢報告打印等功能。

作業(yè)監(jiān)管。針對起重機特種作業(yè)、高危作業(yè)等場景，安監(jiān)用戶可根據(jù)規(guī)范規(guī)定作業(yè)任務及作業(yè)流程，并由作業(yè)負責人接收后，按照流程執(zhí)行身份認證、上報位置、布置安全措施等規(guī)定操作，通過對作業(yè)現(xiàn)場及作業(yè)流程進行現(xiàn)場和遠程督查，實現(xiàn)作業(yè)分類、現(xiàn)場巡查、作業(yè)指揮、智能違規(guī)檢測、整改驗收等功能，做到對作業(yè)過程的安全、合規(guī)進行嚴格且有效管理，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，減少作業(yè)事故的發(fā)生。平臺界面如圖3所示。

圖3　巖灘電廠安全生產管理平臺

2.3　遠程圖像傳輸和遠程控制功能

巖灘電廠工業(yè)電視系統(tǒng)可與桂冠電力集控中心工業(yè)電視系統(tǒng)相連接。廠內現(xiàn)場的圖像視頻信號，通過調度光纖傳輸設備、電信專線通道將視頻監(jiān)控信號傳送至桂冠電力集控中心工業(yè)電視系統(tǒng)。集控中心工業(yè)電視局域網中的授權用戶可根據(jù)實際需要，通過WEB訪問不同IP，遠程對巖灘電廠安全生產區(qū)域內的攝像機、云臺等設備進行監(jiān)視和操作，實現(xiàn)對電廠現(xiàn)場的遙控。用戶可根據(jù)自己的監(jiān)控需求靈活切換到任意一個監(jiān)控現(xiàn)場，可多人同時觀看一個現(xiàn)場，也可以不同用戶選擇任意現(xiàn)場監(jiān)控，為實現(xiàn)“無人值班，少人值守”提供強有力的工具。

3　結束語

巖灘電廠工業(yè)電視系統(tǒng)從初期設計就針對“無人值班，少人值守”水電站實際情況進行智能化設計，力求系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、先進性、實用性。升級改造后的系統(tǒng)運行原理更加清晰明了，按照不同環(huán)境實際情況選用分辨率高、兼容性好的前端攝像頭設備，滿足了現(xiàn)場監(jiān)控區(qū)域安全運行的需要，達到了數(shù)字攝像頭代替模擬攝像頭的預期效果。超融合管理服務器、智能存儲分析服務器及光纖線路代替原有的硬盤錄像機、同軸電纜等設備介質，確保了系統(tǒng)的高品質和穩(wěn)定性的同時，也為實現(xiàn)數(shù)字化轉型提供了第一手數(shù)據(jù)應用資料，為巖灘電廠智慧企業(yè)建設提供積極貢獻。

[1] 吳迪. 高清工業(yè)電視系統(tǒng)在白山發(fā)電廠智能化建設中的應用[J]. 水電自動化與大壩監(jiān)測，2014(4): 5-6，10.

[2] 周業(yè)榮，宋柯，黃天文，等. 全數(shù)字式工業(yè)電視系統(tǒng)在瀑布溝水電站安全生產中的應用[J]. 水電站機電技術，2010，33(6): 69-71.

[3] 郭玉恒，郭錫瑾. 工業(yè)電視智能元素在二灘水電站的應用[J]. 水電與抽水蓄能，2021，7(2): 48-49，120.

A Brief Discussion on the Application of Digital Industrial Television System in the Construction of Intelligent Enterprise in Yantan Power Plant

The industrial television system can not only directly monitor and record the safety production situation at the work site, but also find out the accident symptoms in time and prevent it from happening. Under the background of digital transformation and the development trend of intelligent power plants, as the boundary point of real-time monitoring data collection of on-site safety production, the monitoring role of industrial television system is increasingly prominent. This paper describes and analyzes the practical application of digital industrial television system in the construction of intelligent enterprise of Yantan power plant, for the reference of relevant personnel.

smart enterprise; industrial television system; digital transformation; data collection

TN949.2

A

1008-1151(2022)10-0021-04

2022-07-06

覃柳（1989－），女，大唐巖灘水力發(fā)電有限責任公司經濟師，從事信息通訊設備維護檢修工作。