摘 要：闡述了工業電視監控系統在丹江口水電廠的應用。介紹系統組成，工作原理，功能，與水電廠的其他綜合自動化系統的接口方式和通訊協議，對該系統的擴容改造，舊工業電視系統的接入提出自己的觀點和看法。

1 前言

水電廠運行不同值班方式對水電廠自動化有明確的不同的技術要求。基礎自動化(包括機組調速、勵磁、機組及其附屬設備的自動操作和水力機械、全廠共用輔助設備的自動化)的完善可靠工作是實現從多人值班向機電合一，中控室集中少人值班的必要條件。一般情況下，對基礎自動化設備或系統進行監視都通過計算機監控系統采集的信息來實現的。其缺點是對現場環境(人，設備，線路等對象)缺乏直觀的觀察和了解。工業電視作為監控系統的補充手段，具有可靠性，實時性，清晰性，可記錄性的特點，是實現電廠安全運行的重要保障。

本文將結合丹江口水電廠工業電視監控系統的實施，簡要介紹該系統的構成及運行中發現的問題，對系統的擴容，舊工業電視系統設備的接入提出解決方案。

2 簡介

丹江口水電廠共裝有六臺水輪發電機組，總裝機容量90萬千瓦， 110kV開關站及220kV開關站各一座。由于中控室距開關站較遠且監測對象地理分布較廣，只能在開關站增加值班室，由運行人員經常現場操作、監視各開關，隔離刀閘狀態，不能滿足水電廠“無人值班”(少人值守)的要求。隨著全國水電廠綜合自動化水平的提升，工業電視監控系統在水電自動化領域應用越來越廣。工業電視監控系統原屬于應用電視技術范疇，現已經成為實現水電廠“無人值班”(少人值守)的重要技術保障。電廠原有的工業電視系統于1995年安裝，共設計4個攝像頭，局限于廠房、監控系統機房、及停車庫的監視，改造工程在110KV開關站、220KV開關站，變壓器尾水平臺增設了12個攝像頭于2002年底完工。

2.1 工業電視監控系統硬件組成

丹江口工業電視監控系統是一個相對獨立的監視系統，由前端設備，集成控制系統，硬盤實時錄像，分控設備等設備組成。系統采用RS-422總線標準，完成與前端設備的通信接口，通過TCP/IP網絡協議族UDP協議，實現與廠內MIS系統互聯使的維護人員和管理人員可在辦公網上實現畫面瀏覽。系統組成如圖1所示。

① 前端設備主要由ST3607遠端解碼器，云臺、DSP彩色攝像機、防護罩、平衡傳輸器202T等構成。

② 集中控制系統主要由美國PELCO9740系列主控電腦、矩陣切換主機，字符疊加器，視頻分配器，報警切換機,平衡傳輸器202R10組成。

③ 硬盤實時錄像主要由大屏幕工業級CRT監視器,綜合影像處理機AD612C(硬盤錄像機)構成。

④ 分控管理機設備可由一臺X86個人PC機完成控制任務。

圖1 系統組成圖

2.2 軟件組成

2.2.1 控制軟件

主機應用控制軟件，分控管理機應用軟件，POS-Watch(網絡影像傳輸)軟件，前端設備控制軟件。

2.2.2 調試軟件

漢字字符添加組態軟件，硬盤錄像機升級軟件，主機調試軟件等。

2.3 系統功能

視頻采集與控制;

影像錄影與壓縮;

不間斷網絡影像實時傳輸與歷史重播。

3 系統的軟、硬件性能、特點

① 前端設備在工程中遠端解碼器安裝在配有云臺及電動鏡頭的攝像機旁，使用多芯控制線直接與云臺及電動鏡頭相聯，并另有通信線。解碼器采用主控芯片使用AT8031，通訊接口RS-422，通訊速率為9600bps，多點對一點，外總線方式與集成控制系統主機通訊，接受分控機命令。控制云臺上下左右轉動、提供攝像機直流12V電源并完成鏡頭的遠近，焦距，光圈控制、云臺的雨刮運動、云臺交流24V電源。彩色攝像機內部電路使用大規模數字信號處理(DSP)芯片，水平清晰度大于400線。具有屏幕菜單顯示(On-Srceen Display 簡稱OSD)功能。經過使用了一段時間以后，現將鏡頭設置為自動光圈，有利于攝像機對背景光補償。全天侯室外型防護罩可以由內部電路自動完成電熱，除濕功能，并接受遠端解碼器的雨刮控制信號。平衡傳輸器KDS202T/202R10成對使用。202T將由攝像機出來的V-OUT視頻信號調制成為并且針對變電站50HZ工業干擾嚴重，采用了專門屏蔽技術。

② 主控CCU單元類似與一臺486工控機，內置電子盤安裝嵌入式操作系統，通過ISA總線RS422串口板與系統中各設備通訊。視頻矩陣現可接入16 IN/16 OUT視頻信號。5路可編程輸出信號，其中4路輸出信號自動循環送硬盤實時錄像單元，1路送分控主機。并且視頻矩陣可通過擴充板卡最多增至1024路視頻信號。通過字符疊加器把各個監測點中文ID名稱添加進入畫面。

③ 硬盤實時錄像設備AD612C，采用非個人PC電腦式機頂盒體系構架，獲得高可靠性，并且提供pnp 熱插拔高速串行通信總線IEEE 1394 接口，完成400Mbps高速備份。分屏顯示功能提供1，4，9，16多種畫面組合。

④ 分控主機控制過程，如圖2所示。

圖2 控制流程圖

4 網絡傳輸與實時錄像功能實現

4.1建立網絡傳輸鏈路

硬盤錄像機上配置MIS系統相應網絡IP地址，網關，子網掩碼，NTSC制式輸出畫面，通過RJ45雙絞線接入MIS網絡Hub。

4.2 遠程權限管理與影像遠程播放

在MIS網絡中PC機安裝POS-Watch軟件，通過區分用戶ID分三級管理，由高到低分別為Admin, user, guest。

5 數字圖象壓縮與備份

由于采取了NTSC制式，錄像幀數最大可達30幀/秒。每幀解析度為640×480。視頻信號輸入后先數字化處理，然后進入壓縮過程。影像壓縮經過兩個階段，第一階段，降低影像的解析度，一般降1/4解析度，即320×240。第二階段，運用H.263圖象壓縮運算規則壓縮數字影像。

6 待完善的監控功能( 新系統的擴容及舊系統接入)

① 新舊工業電視監控系統性能比較，詳見下表：

② 新的監測點的添加監測點只用添加前端設備和視頻矩陣的板卡，視頻分配器。隨著監測點的增加，可選擇敏感地點或事故多發點錄像。購買帶視頻運動檢測器的現場單元，實現多個攝像點互鎖聯動，添加現場語音報警功能，遠程控制功能，加裝中控室云臺控制鍵盤等。

③ 對于舊工業電視監控系統剩余設備，保留其攝像機，云臺，工業級電視機，并在每個監測點，添加一套T202視頻平衡傳輸設備，ST3607遠端解碼器。工業級電視機接一路從視頻矩陣視頻輸出的“萬能”視頻信號，其視頻通道切換可用分控管理機進行控制。

④ 對于使用過程中出現過通訊故障，主要考慮以下幾點：

防雷器使用不當，波特率不匹配，解碼器參數設置不對，通訊距離太遠(減小信號反射的120Ω匹配電阻不當)，現場解碼器死機等。

⑤ 新工業電視監控系統部分缺點：

視頻傳輸并不是完全意義上的全數字視頻傳輸，而是通過倒像技術完成。在前端將適合非平衡傳輸(75Ω同軸電纜傳輸)的模擬視頻信號轉換為適合平衡傳輸(雙絞線傳輸)的模擬視頻信號;在接收端則進行了與前端相反的處理，將模擬視頻信號重新轉換為非平衡的模擬視頻信號。如果考慮電纜的電容分布與終端電阻構成的時間常數，可能會使信號部分劣化，造成圖象模糊不清。匹配電阻必須使用75Ω而非600Ω，并且不能使用帶屏蔽的雙絞線，避免過高的分布電容增加RC時間常數。

7 結束語

在工業電視監控系統改造中的幾點建議與體會。

① 由于我廠存在攝像頭分布廣(最遠有近一千米)，干擾強其通訊電纜和視頻信號電纜與強電電纜分不開，工業電視監控系統應結合廠，開關站的地理環境，合理布置監測點，注意與高壓電氣設備保持足夠安全距離和高度。在室外多雷、潮濕地區應考慮雷擊、過電壓、高壓感應電等因素。采取相應的保護措施，如外殼接地，在通訊，視頻，電源等回路加裝防雷器等。一切以有利于人員維護和保護設備為原則。

② 一般工業電視控制系統中工控機是用于維護人員調試或管理用的，運行人員多用多功能鍵盤操作，現我廠運行人員都必須用超級用戶的身份在工控機上操作這對工控機用戶軟件的維護帶來不便。

③ DSP數字式攝像機，光圈啟動設置為自動，可避免運行人員頻繁操作。當疊加的漢字在畫面中抖動，跳動時，可通過調整視角，視距，焦距等操作手段，改變背景光線強弱。當監視對象與中控室距離較遠時，整個監控系統應避免使用不同相序電源，防止圖象有周期時滯效應，防止圖象抖動等畫面干擾，損傷。

④ 分控部分的軟件，硬件平臺，應采取開放式設計，以滿足用戶根據運行情況，可使用多種方式隨時調整監視點攝像機，云臺等設備，并方便其它水電廠綜合自動化系統聯接，如ON-CALL，計算機監控，開關站防“誤”，消防安全監視，門衛等系統。如果與MIS網絡通訊距離超過80米，應串加中繼或改用光纖。

⑤ 硬盤錄像機中時間/日期字符功能一般設置為同步錄像。確保錄像查找圖象有“時”可依。由于采取數字視頻壓縮，硬盤相對容量提高，比使用磁帶機(錄像帶)方式便于管理、操作，提高記錄圖象的清晰度，大大減小了數據圖象文檔的字節數，延長圖象記錄時間。

丹江口水電站工業電視監控系統的成功投運，提高該水電廠綜合自動化水平。為實現了“無人值班”(少人值守)提供有效的技術手段，保證了水電廠開關站的安全經濟運行。硬盤實時錄像，視頻集控系統，視頻矩陣等新設備的使用，報警單元接口，網絡視頻傳輸等功能的實現，在全國水電廠工業電視監控系統中也是不多見的。值得水電廠，開關站等水電系統設計、使用借鑒。