浅析工业电视系统的设计及应用

程冬梅

摘要：工业电视系统作为工业生产的一种直观的监测手段，弥补了DCS系统缺乏方便直接观察上的不足。本文就工业电视系统的组成、设计及应用等进行了分析和阐述。

关键词：工业电视系统；设计；应用

中图分类号： S611 文献标识码： A

一.引言

随着数字视频技术的逐渐成熟和网络技术的发展，工业电视系统在化工企业的生产管理中得到了广泛的应用。在生产过程中，工业电视为关键区域和设备运行状况提供了可视手段，不但提高了生产效率，同时实现了安全生产监督可视化管理。

二.工业电视系统的组成

工业电视系统可分为三大部分，前端系统、传输系统和中心控制系统。每个监控区域的监控点摄像机通过视频同轴电缆或光纤等传送至控制室。由于管理上需要，视频信号往往通过视频分配器分配，传输到中控室、调度室、领导办公室。在控制室，视频经过分配器分配后，一路供控制室本地监看，另一路经过选择的部分图像由视频编码器进行模数转换后，通过网络上传到生产调度中心。在生产调度中心通过视频解码器，将编码后的视频图像还原为模拟信号，最终可传输到大屏幕。

1、前端系统

前端设备，一般由摄像机、防护罩、云台、解码器等组成。监控点摄像机采集现场图像数据，然后视频信号和控制信号搭载传输系统直接传至通过中心控制系统。或者传至监视区域的控制站，而控制站内设有视频分配器，可对模拟视频信号进行分配，一路供本地监视，一路供视频编码器，再由监视区域控制站内的视频编码器进行模数转换，就近接入语音视频通信网交换机。

2、传输系统

传输信号主要有两种信号，一是视频信号，二是控制信号。视频信号是从前端的摄像机到控制中心；而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机、云台等受控对象。流向前端的控制信号，一般是通过设置在前端的解码器解码后再去控制摄像机和云台等受控对象。

3、中心控制系统

中心控制系统由各种外接I/O设备，如键盘、显示器、视频解码器、视频服务器、画面分割器以及各种控制设备，如硬盘录像机、控制台、矩阵控制主机等组成。中心控制系统负责处理传输数据，并对前端设备做出指令和协调控制，实现工业电视监控系统的图像显示功能，配置管理服务器、实时监控客户端等。

三.设计原则

工业电视系统的设计包括设备配置、设备控制及显示记录功能，应符合现场防爆等级和防护等级，强调其经济、实用、安全、可靠。

1、简单经济

工业电视的设计应以满足使用要求为原则，强调其经济实用和安全可靠，提高工业电视系统的运行效率，减少后期运行维护成本。

2、灵活开放

工业电视系统投入运行后，工厂可能会持续建设，工业电视系统也要随之发展。工业电视的设计必须对外界条件的变化有较强的适应能力，保证系统的兼容性和可扩展性，使监控系统能够修改、补充和扩大。

3、安全可靠

系统的设计应建立稳定可靠的结构模式，视频和控制信号的采集传输以可靠性为基本原则，其次工业电视系统的设计还应遵循工业生产区域的防爆等级要求。

四.设备应用和选型

1、 前端设备

摄像机是整个监控系统的核心设备，设备配置和选型时应根据现场环境和用户需求等具体情况，采取高低端产品相结合的方式，进行分别设置。摄像机的安装部位应反映监视区域主要的生产活动或者重要物资存放区等。根据《工业电视系统工程设计规范》（GB 50115-2009），工业电视系统摄像机应采用CCD摄像机。CCD摄像机具有体积小、灵敏度高、寿命长的特点。

摄像机的选用和布置原则：

⑴根据安装方式选择固定式和旋转式摄像机；

⑵根据安装地点选择不同防护及防爆要求的摄像机；

⑶根据环境光线选择：最低照度是摄像机的主要技术指标，其反映摄像机在多黑的情况下看到可用的影像。如果光线条件不理想，应尽量选用照度较低的摄像机，以达到好的采集效果。如果没有光线，就必须添加红外灯提供照明或具有红外夜视功能的摄像机。

⑷根据图像清晰度选择：分辨率是衡量摄像机优劣的重要参数，工业监视用摄像机的分辨率通常在300~500线之间。

⑸摄像机的其他性能指标

除了上述提到的清晰率和最低照度外，摄像机还有信噪比、宽动态、背光补偿、白平衡调节、电子快门调节、同步方式、自动光圈镜头的驱动方式等技术指标。

⑹摄像机的外围配置

摄像机的外配主要有云台、解码器、镜头和防护罩。云台、解码器、镜头组合使用可实现对摄像机的旋转及上下俯仰，镜头的控制聚焦、光圈调整及变焦变倍功能。防护罩一般具有防尘、防水、防腐功能，即无论刮风、下雨、下雪、高温、低温等恶劣情况，都能使安装在防护罩内的摄像机正常工作。高低温、风沙、雨雪场所，室外防护罩通常采用双重壳体密封结构，内设自动调节温度、自动除霜装置等，所具功能可依实际使用环境的气候条件加以取舍。其次，应用在防爆场所的摄像机，应根据现场防爆区域划分等级，选择符合现场防爆的防护罩。

2、传输系统

视频信号和控制信号的信号传输主要通过同轴电缆，双绞线，光纤，其传输方式主要分为以下几种：

⑴视频同轴基带传输：在这几种传输方式中，这种传输是应用最早，用量最大，相对来说最容易的一种传输方式。它的传输方式是直接传输，一根同轴线传输一路信号。一般传输距离为200-300米。距离再长要加抗干扰器和视频放大器。缺点是线路太多。

⑵射频传输：将视频图像信号经调制器调制到某一射频频道上进行传送，一条传输线可以同时传送多路射频图像信号。缺点是需增加调制解调器、混合器等传输部件，这些部件会带来不同程度的信号失真，并且会产生交扰调制与相互调制等干扰信号。

⑶光缆传输：通过光端机进行光电转换和调幅调频，一根光纤传输多路信号，实现几公里到几十公里的远距离传输，传输衰减最小。但是光纤的远程铺设和后期维护难度很大，成本也很高。

⑷双绞线传输

双绞线传输视频信号是近几年才兴起的技术，双绞线是100欧的平衡传输方式。而目前的摄像机和后端视频设备一般都是75欧阻抗匹配连接，所以用双绞线传输方式要进行转换，其传输两端均需要双绞线视频传输器设备。一对双绞线可传输一路视频信号。由于双绞线两条线缆信号相等方向相反的特性，可有效抑制外部干扰，传输距离可达1500米。缺点是衰减较大需要补偿。

在选择传输方式时，应根据自己的情况和要求，考虑传输距离，对图像的连续性、图像的清晰度要求，系统造价，地理条件限制等因素，合理的选择适合自己要求的方式。

3、 中心控制系统

在设计监控中心时，应结合现场分布特点和设备性能，综合平衡选择合适的结构模式。当系统规模较小时，通常配置一台或多台硬盘录像机、显示器和控制键盘就可实现。如果监控点较多，用户要求较高，也可通过电视墙来实时显示各监控点的图像，由矩阵主机对图像编组后在电视墙上分画面进行轮流的显示。中心控制系统主要有以下设备：

①视频切换器是选择视频图像信号的设备。如果将几路视频信号加在它的输入端，通过对它的控制，可以选择任何一路视频信号输出，使一个监视器能监视多台摄像机信号。

②视频分配放大器的功能和作用有两个：对一路视频信号根据需要进行处理分配成多路满足相应的元件设备需求；对视频信号进行放大。

③多画面合成器是对多路信号输入经过处理合成有规则的一路输出；

④矩阵主机通常应用在用户要求较高的场合，它是切换和图像控制处理的中心平台。控制切换主要通过RS485总线通讯协议和控制键盘，处理输入的图像信号随机的切换控制输出。

⑤控制键盘：主要是控制切换的操作工具，调节云台来控制摄像机镜头的视角和视野。

⑥硬盘录像机：硬盘录像机是一套进行图像存储处理硬盘录像机理的计算机控制系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，其结合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等多种功能集一身，一台设备就能满足一般工业电视系统监控中心的应用。

五.工业电视应用中应注意的问题

1、系统中心控制设备的供电电源应设有主电源和备用电源，并根据系统的用电负荷设置配电盘和配电柜。

2、同轴电缆传输系统和RS485总线系统通常被认为对电涌电压特别敏感。对于雷雨频率高发区，应设置视频信号、控制信号、电源三合一SPD浪涌保护器，减小雷击对人身安全及监控设备的影响。防雷设计均应符合现行国家标准《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343和《建筑物防雷设计规范》GB 50057的有关规定。其次，工业电视设备及控制台、机柜的金属外壳、线缆的金属屏蔽层等应接地。

3、爆炸和火灾危险环境工业电视线路的设计，应按现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058的有关规定执行。

参考文献

【1】李金伴、李捷辉，“工业电视监控系统培训教程”，化学工业出版社，2011

【2】罗世伟、 邹开耀，“视频监控系统原理及维护”，电子工业出版社，2007

【3】汪光华，“视频监控系统应用”，中国政法大学出版社，2009