基于光纖通信的水電廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

張惠凱

（國能迪慶香格里拉發(fā)電有限公司，云南 香格里拉 674400）

0 引 言

隨著自動化的發(fā)展和要求，某水電廠目前需要對其工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改造，以解決其無法遠(yuǎn)傳圖像，無法對大壩圖像和6 號機組進(jìn)行監(jiān)控等問題。某水電廠基于光纖通信的技術(shù)改造包括了大壩廣播系統(tǒng)建造、6 號機組工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)建造等項目[1-4]。本研究針對基于光纖通信的水電廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)改造內(nèi)容，具體實施、運行方式和特點進(jìn)行探討。

1 改造的主要內(nèi)容

改造后的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)擴充了一定數(shù)目的監(jiān)控點，包括廠房內(nèi)的監(jiān)控點擴充和大壩監(jiān)控點的擴充，同時配套了大壩廣播系統(tǒng)的建設(shè)。由于大壩與廠房之間的距離長達(dá)1 500 m，信息需要經(jīng)過云距離通信，為了保證信息傳輸?shù)募皶r性，選擇光纖通信進(jìn)行大壩和廠房工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)之間的信息傳輸。改造后的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1 所示。

圖1 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)框圖

1.1 基于光纖通信的大壩工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)改造

改造后的大壩工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)可以實時地提供圖像和控制信息，確保水電廠運行的安全性，同時可以和廠房工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，提高水電廠的運行效率。

（1）主控系統(tǒng)。工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的主控系統(tǒng)選擇矩陣切換主機AD2150-3205，其具備5 路輸出和32 路輸入，通信協(xié)議與廠房主機AD2052 一致，2個系統(tǒng)的連接通過美國生產(chǎn)的BCI 視音頻數(shù)字光端機（1 路視頻+2 路音頻+1 路數(shù)據(jù)）進(jìn)行操作，可以相互傳輸信號與圖像?；诓倏v主控鍵盤即可切換全部的視頻圖像，還可以遠(yuǎn)程操縱雨刷、鏡頭或云臺。同時，系統(tǒng)搭配了錄像機，可以對9 路圖像進(jìn)行錄像，僅通過一臺畫面分割器就可以切割9 幅畫面?；?臺34 英寸的液晶顯示器，可以同時調(diào)出10 幅監(jiān)控畫面，便于工作人員進(jìn)行監(jiān)控。與廠房工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)后，廠房工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)可以控制和調(diào)用大壩工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)里的任何一個畫面。

（2）分控系統(tǒng)。設(shè)置1 個分控臺在大壩處，再分別配置1 臺29 英寸液晶電視機和1 個分控鍵盤，通過操作分控鍵盤對各個攝像點進(jìn)行調(diào)控，完成對全部視頻圖像的切換和對鏡頭等部件的操縱任務(wù)。

（3）傳輸子系統(tǒng)。對于傳輸全部的控制信號和視頻信號，可以由傳輸子系統(tǒng)將其不失真地傳送到相應(yīng)的子系統(tǒng)或者中控室。這部分是基于光纖通信技術(shù)完成，傳輸部件包括控制電纜、雙屏蔽視頻電纜等。有一些攝像點距離中控室的距離較遠(yuǎn)，為保證其圖像的清晰，可以采用平衡傳輸設(shè)備進(jìn)行處理，設(shè)計共有3 套這種設(shè)備，分別設(shè)置于大壩的3 個攝像點處。

（4）監(jiān)視子系統(tǒng)。監(jiān)視子系統(tǒng)由攝像機、鏡頭和云臺等設(shè)備組裝而成。中繼解碼盒可以用來接收由控制系統(tǒng)傳輸來的控制信號并進(jìn)行對應(yīng)的解碼操作，最后輸出完成云臺的全方位自動掃描運行操作和鏡頭的變光操作等功能。云臺可以支持?jǐn)z像機和護(hù)照完成全方位的運行。攝像機可以在多種環(huán)境下使用，還可以讓圖像全部傳輸?shù)街锌厥也⑦M(jìn)行相應(yīng)的處理。每個攝像點鏡頭和攝像機所配置的圖像都很清晰。把1/3英寸數(shù)字信號處理（Digital Signal Process，DSP）電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）彩色攝像機F1-809C 安裝在大壩壩頂中孔、下游和上游處，鏡頭采用10 倍變焦T10Z0612M-CS，安裝2 臺日產(chǎn)1/2 英寸低照度黑白攝像機WAT-902H，10 倍變焦H10Z1218 鏡頭，而全球罩采用澳大利亞全天候全球罩ASW-14MPT。

1.2 基于光纖通信的大壩廣播系統(tǒng)建造

大壩廣播系統(tǒng)可以選取智能化緊急廣播設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)建設(shè)。設(shè)備可以安裝在大壩和廠房之間?？刂撇糠挚梢杂? 個分控室和1 個大壩中控室組成。中控室可以基于對3 個分控室的控制，進(jìn)而對所有喇叭進(jìn)行控制。而3 個分控室對大壩的控制策略可以采取就近控制。一共有1 個中控室，3 個分控室。各分控室與中控室可以基于無線話筒和座式話筒設(shè)備完成控制操作。

6 號機組工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的建造在6 號機組處新增了10 個點，除了6 號機的主變和35 kV 的控制室、開關(guān)室的點外，其他點在6 號機的旁邊。廠房中控室和6 號機組相距1 km，因此需要利用光纖通信解決數(shù)據(jù)通信和圖像傳輸問題，于是采用4 芯多模光纖進(jìn)行連接。光端機分別采用了VT/1101M/VR1000、VT/VR1500WDN 和VT6010/VR6010。

在廠房的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，任何一個監(jiān)視器都可以隨意調(diào)控6 號機組的10 個監(jiān)視點，實現(xiàn)切換所有的視頻圖像和遙控鏡頭、云臺任務(wù)，還可以基于任何一路進(jìn)行圖像遠(yuǎn)傳與數(shù)字硬盤錄像操作。

1.3 廠房工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)改造

在廠房的AD2052 矩陣切換主機處增加1 塊16路的輸入模塊，增加1 個19 寸的超級視頻圖形適配器（Super Video Graphics Adapter，SVGA）與一臺TRV5300 綜合影像處理器，并重新建造新的操作臺，全部的設(shè)備都集中布置在控制柜內(nèi)，顯得整潔美觀。

1.3.1 原有系統(tǒng)改造

（1）采用集成的KDS-1601 字符機代替舊版的56 個分散的漢字字符機，并調(diào)整主機的時間、字符。

（2）取消之前所用的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制前端電源并重新改造電源回路，采用自動空氣開關(guān)實現(xiàn)對每個設(shè)備電源的控制。同時，基于總電源和分電源開關(guān)進(jìn)行分別控制操作，開關(guān)設(shè)置在控制柜內(nèi)，采用工業(yè)電視專用不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）作為設(shè)備電源。

（4）更換掉原本所有的接觸不好的視頻信號K接頭，并進(jìn)行焊接固定。

（5）為了避免室外攝像點遭到雷擊，采取美國生產(chǎn)的DTK-VSP/BNC-A 視頻防雷器，DTK-240-3CM 電源防雷器和DTK-1LVLP 數(shù)據(jù)防雷器增加防雷措施。

1.3.2 增加硬盤錄像及網(wǎng)絡(luò)傳輸功能

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)所搭配的TRV-5300 匯視綜合影像系統(tǒng)采用512 MB 隨機存取存儲器（Random Access Memory，RAM）、19 英寸SONY 液晶顯示器、Visionsoft digital Recorder 影像處理軟件、40 GB 硬盤、Windows 操作系統(tǒng)和超微半導(dǎo)體（Advanced Micro Devices，AMD）處理器進(jìn)行影像處理軟件設(shè)計，最高接收的視頻信號可達(dá)16 路，基于RS-232 口和視頻切換矩陣主機進(jìn)行傳輸通信，實現(xiàn)控制操作，并搭配有專用的1 kVA 的UPS。

基于TRV-5300 匯視綜合影像處理器，該系統(tǒng)可以處理多達(dá)16 臺的攝像機，原因是該系統(tǒng)的處理器具有時分處理技術(shù)等多款獨有功能，可以實現(xiàn)同步多功能操作。在操作員處理其他系統(tǒng)運作時，攝像機影像仍不斷存儲于TRV-5300 內(nèi)置硬盤內(nèi)。

TRV-5300匯視綜合影像系統(tǒng)具有多款先進(jìn)功能，如根據(jù)移動探測動作搜索畫面、警報期間自動錄影加速等，還可以基于10 Mb 以太網(wǎng)上傳相關(guān)數(shù)據(jù)影像，并顯示在同一個網(wǎng)絡(luò)的不同工作站中，實現(xiàn)時間式收縮和報警記錄搜索等任務(wù)[5]。該系統(tǒng)可以與電廠管理信息系統(tǒng)（Management Information System，MIS）局域網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，同時通過4 臺不同的計算機在電廠MIS 中運行操作，根據(jù)用戶的級別選擇相應(yīng)匹配的圖像調(diào)控。開通電信網(wǎng)絡(luò)后，該系統(tǒng)可以在MIS 中實現(xiàn)跨網(wǎng)運行操作。

系統(tǒng)的安全級別一共劃分為3 級，第1 級由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)，可以執(zhí)行系統(tǒng)刪除記錄等操作；第2級由系統(tǒng)操作員負(fù)責(zé)，無法執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)定，但可以執(zhí)行其他與系統(tǒng)管理員相同的操作；第3 級由操作員負(fù)責(zé)，執(zhí)行錄像和記錄等任務(wù)。

1.3.3 基于光纖通信的廠房與大壩工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

當(dāng)水電廠廠房的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)和大壩的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)操作后，可以通過鍵盤在廠房操作臺上調(diào)控大壩的每一幅畫面，同時可以調(diào)用2 幅畫面，并且可以網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳與硬盤錄像大壩各攝像點圖像。這2 個系統(tǒng)之間的通信基于光纖通信技術(shù)完成。

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)配置了1 臺多媒體計算機，計算機上有2 個RS-232 口可以和廠房、大壩的視頻矩陣切換主機相連，圖形管理軟件選擇天網(wǎng)系統(tǒng)NTK2000C，其具有多畫面控制等功能。通過這臺計算機，可以調(diào)控廠房與大壩工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)任何一個攝像點到中控室所有監(jiān)視器上。

2 系統(tǒng)特點

基于光纖通信改造后的某水電廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)如圖2 所示，其具有下列特點。

圖2 某水電廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)

（1）合理分配資源。只有在重要的設(shè)備區(qū)才配置攝像點，降低系統(tǒng)建設(shè)成本。在中控室里選擇用大型矩陣主機AD2052；而大壩和廠房的相距距離較遠(yuǎn)，可以采用小型矩陣主機AD2150。另外，6 號機組可以基于矩陣主機AD2052 增加輸入視頻通道，基于光纖傳輸技術(shù)將視頻信號傳輸至廠房矩陣主機，這樣傳輸?shù)膱D像清晰可靠。

（2）提升圖像質(zhì)量。為了更加靈活地使用多種傳輸介質(zhì)提升圖像質(zhì)量，可以使用距離視頻信號100 m 的攝像點，而對于距離100 ～500 m 的攝像點，則采用雙絞線加平衡傳輸設(shè)備完成圖像的傳輸任務(wù)，超過500 m 的攝像點的圖像傳輸任務(wù)，則基于光纖通信技術(shù)來完成，選用美國制造的高性能光端機。

（4）攝像可遠(yuǎn)傳?；诠δ軓姶蟮挠脖P錄像機，該系統(tǒng)的所有攝像點都可以基于數(shù)字化硬盤錄像網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)傳。

（5）自主選擇配置方案?；诂F(xiàn)場情況的不同，可以自主選擇配置方案，例如各類攝像機、云臺等。攝像機包括1/2 和1/3 英寸的攝像機，黑白與彩色攝像機，低照度和高照度攝像機，鏡頭包括6 倍和10倍定焦、變焦鏡頭，云臺包括室內(nèi)室外和一體化的云臺，閘室的攝像點采取的是一體化球形水平360°云臺，可以大大降低運維成本。

（6）廣泛運用計算機技術(shù)?；诰仃囈曨l切換主機對廠房與大壩中控室內(nèi)的影像進(jìn)行圖像切換，在中控室中，可以基于計算機實現(xiàn)大壩、廠房工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)操作。

（7）防雷擊特性。為了避免遭受雷擊損耗，對于室外攝像點，系統(tǒng)都分別安裝了電源、數(shù)據(jù)、視頻防雷器。

3 結(jié) 論

基于光纖通信技術(shù)對某水電廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行重新改造后，可以對廠房設(shè)備和大壩，6 號機組進(jìn)行實時監(jiān)控，全部的圖像都可以進(jìn)行硬盤錄像和網(wǎng)上遠(yuǎn)距離傳輸操作，還可以查閱歷史的圖像記錄?；谖恼绿岢龅姆桨福脑旌蟮南到y(tǒng)成本耗費低、效益高，設(shè)備可以更加高安全化運行，故障出現(xiàn)頻率大幅度下降。大壩工業(yè)電視及廣播系統(tǒng)建成后，可以大大降低人工的運維成本和勞動強度，從而提高整個水電廠的運行效率。