发电厂视频安全监控系统的设计

华中农业大学工学院 朱婷婷 郑相周 忻尚军

0 引言

随着电力系统自动化程度的提高，发电厂自动监控的“五防”系统逐渐转向厂级信息监控系统（SIS）,安全视频监控系统作为其中重要组成部分，不仅要兼顾监控目的，更应着重于实现管理目的。远程视频监控系统大大减少了设备维护人员的劳动强度，能够合理统筹并优化监控设备的使用，是切实提高生产过程管理水平的方法。

1 系统结构原理

本系统为三级联网远程视频监控系统，其中一级监控是采用前端分控模式的前端控制室子系统，根据防范需求安装在厂区的各个监控区，由图像监控和报警系统组成，具备图像监控、前端摄像机控制、录放像、报警联动和网络传输等功能。这些子系统之间既为相互独立的控制系统，又可以接入厂区局域网实现资源共享；二级监控和三级监控均采用网络监控模式，分别是监控中心和各终端办公室。其中监控中心可以监视设置并控制前端所有监控子系统，同样具备子系统的所有功能；三级监控建立在二级监控基础上，能够进行远程网络控制，并在监控中心授权后具备监控中心所有监控功能。

1.1 系统工作原理图

根据需求分析，系统设计6个前端子系统，分别由前端摄像机、报警器、监视器和录像刻录机等组成。监控中心配置组合6台以上彩色液晶显示器的电视墙、1台用来对前端6个子系统进行解码显示和控制的监控主机。例如通过监控主机可以对前端6台摄像机的画面在电视墙上进行任意组合的画面显示，也可以控制摄像机的旋转和变焦。为避免摄像机信号在传输过程中受外界干扰，在摄像机相对集中的地方均采用光纤传输，这样不仅可以减少系统布线，也能提高视频的传输质量。软件上由多媒体系统集成，能够在不影响系统运行和主干线路不变的情况下，任意增减前端视频设备和报警设备，并对监控中心系统进行本版升级。主机操作系统为windowsXP中文操作界面，可以采用总线和网络等多种通信协议与弱电系统相连。系统原理图如图1所示：

图1 视频安全监控系统原理图

1.2 录像系统

监控中心的录像系统采用国际先进的H.264视频压缩技术。该技术在压缩比方面最具优势，它的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG2高2～3倍，比MPEG4高1.5～2倍；带宽要求只有1Mbps～2Mbps；支持1/4、1/8像素精度的运动矢量，具有高精度；4×4块整数变换；量化步长；统一的VLC防止误码。因此H.264能够在视频通信、广播电视、视频存储播放等领域中得到广泛应用。与MPEG4一样，经过H.264压缩的视频文件一般也是采用.avi作为其后缀名，同样不容易辨认，只能通过解码器来自识别。

1.3 电子地图

监控中心系统除具备基本的视频历史记录查看、文件列表显示、权限控制、时间同步、设备控制和网络接口等基本功能外，还内置一个灵活的电子地图子系统，即“分区图”子系统。该系统支持手绘扫描地图，也可以直接引用现有的电子地图。可以在地图上标注监控区域及前端监控设备，通过鼠标点击图标实现相应的任何区域的设备控制，并且能够根据图标的颜色不同判断相应设备的工作状态。电子地图查看界面如图2所示：

图2 电子地图查看界面

1.4 子系统联动

系统建成后各前端监控子系统之间既能相互独立执行功能，也能够联动执行，能够在不影响监控质量的情况下最大限度地节约系统资源。如当传感器发生异常报警或系统发生非法入侵情况下，能够立即根据异常报警位置打开相应的前端摄像头进行视频监控。异常联动系统示意图如图3所示：

图3 异常联动系统示意图

1.5 监控中心布置

监控中心是该系统的核心子系统，内部配置多种设备、电缆和供电电源，因此使监控中心对环境的要求较高。监控中心具体配置如下：独立设置在90m2的房间；适宜温度为16～30℃；相对湿度为30%～75%；装设防静电活动地板；良好的照明，照度≥200Lux；防雷、接地和供电系统符合相应的国家规定；设置电缆进线孔；设置自卫设备，如对讲机、外线电话等。

2 设计考虑

2.1 防雷设计

发电厂生产厂区的视频安全监控系统覆盖区域广，除了监控中心和各终端办公室设备在室内外，前端监控设备多在室外或地下铺设。众所周知雷电的危害性极大，有直击雷、感应雷、雷电波侵入和地电压反击四大类。

设计中对前端室外摄像机都采用避雷针防止直击雷。另外，为防止雷电波沿着线路侵入其他设备，如供电电源线路、设备控制线、视频信号线。其中信号线传输耐压电压水平低、传输距离长，极易感应雷电流而损坏设备，因此在每条线路上加装合适的避雷器。为了使信号过电压保护器快速响应，设计必须考虑信号线的传输速率、信号电平、启动电压和雷电通量等参数。

监控中心设备最为重要，要全面考虑各种雷击防护。首先，监控室所在的建筑物必须安装避雷针防止直击雷损害；其次，进入监控室的各种金属线缆应接到防感应雷的接地装置上；最后，架空的电缆线直接引入时应在入户处安装屏蔽性和耐压性均良好的避雷针。

考虑到系统所在环境的特点，综合线缆的布线方式、设备的接地方式和屏蔽等，系统防雷击示意图如图4所示：

图4 系统防雷击示意图

2.2 接地

接地体是现代防雷体系的重要组成部分，对雷击的防护最终都是要通过接地体将雷电释放到大地。根据设备运行的实际漏电流和雷电流经过时的电位差来计算适宜的接地电阻，一般情况下不得大于4。该系统采用共用接地方式，监控室内配置了铜板接地汇流排，将建筑物防雷地线、设备保护地、防静电地和PE线等接到一起防止电位差，其截面积大于35mm2，有效地清除了各系统之间的击穿问题。接地母线也采用铜质导线，其截面积大于25 mm2。该方式的接地电阻确定标准应取总系统中接地设备要求的最小接地电阻值。

2.3 供电

工厂视频安全监控系统的性质要求供电系统不间断运行，本系统采用集中供电方式，即前端设备供电取自监控中心以便于控制。监控中心和各子系统均配备 UPS（不间断供电电源）供电设备，其中监控中心选用10KVA的在线正弦波UPS电源进行无间断转化供电，并备置了能够持续工作1h的蓄电池。为确保供电系统电压的稳定性，在监控中心另外配置1台AC10KVA净化稳压电源。

3 结束语

伴随着计算机网络技术的迅猛发展，视频监控技术正逐步朝着“网络监控”的方向发展。但是，从传输的可靠性、快速性，以及监控对象的高安全性和保密性上考虑，基于数字硬盘录像机的传统视频监控模式仍在当前监控市场占据主要地位。并且该监控模式在技术和设备上都已经相当成熟。在设计视频安全监控系统时，关键是要结合具体的监控要求，考虑系统的稳定性和冗余度，以便后期监控性能的扩展，一般在3～5年内不需重新更换系统。此外，必须要考虑到监控系统所在的外界环境，在此基础上设计相应的防护措施，如防雷、接地和供电系统的设计，以确保系统可靠运行。

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