山钢日照精品基地4300mm产线工业电视系统设计应用

刘鑫杰

摘 要：随着工业互联网、多媒体技术的发展，工业电视监视画面高清度提高，应用成本逐步降低。工业电视监控部分代替人工巡视能够有效节约人力成本，有巨大的成本优势，工业电视系统在山钢日照精品基地建设过程中大规模应用经验具有重要的推广意义。

关键词：工业电视；工业互联网；板材生产线

1 概述

日照钢铁精品基地4300mm宽厚板项目以济钢4300mm宽厚板生产线为基础，通过对济钢4300mm宽厚板生产线的生产实践总结，进行重点提升改造，实现异地搬迁。板材生产具有产线长、工艺复杂等特点，工业电视系统在板材轧制、生产过程中能够实时、连续、真实、形象的监控一些重要工艺段，便于操作员与调度人员掌握产线信息，利于生产操作、集中调度，对出现的异常情况能提前发现和纠正，能有效解决生产过程中发生的突发性状况。

2 系统设计

4300mm产线工业电视监视点的设计主要分为：加热炉区域、轧机区域、冷床区域、1#剪切线区域、热处理区域、2#剪切线区域、特厚板区域及液压站、泵房、电气室等区域。每个区域根据工艺特点再划分为若干工艺段，各工艺段依托相对应的操作室，采取区域集中的方式形成对应各工艺段的子工业电视监控系统。每个子工业电视监控系统相对独立，各子系统都根据工艺要求设置了一定数量前端监视设备，与配套的图像控制主机、高清解码器及监视器构成了一个完整的工业电视监控系统。监视点信号通过高清解码器处理后，按照图像控制主机的设定，将工艺段实时画面直接显示在操作室内的监视器上。

4300mm产线在接入机房设置了万兆核心交换机，在重点区域设置了千兆汇聚交换机、在各操作室设置了接入交换机。通过核心交换机、汇聚交换机、接入交换机的互联互通，构成完整的视频监控专用工业互联网。

各监视点网络视频信号通过接入交换机连接视频专网，实现数据共享；图像控制主机、高清解码器及监视器同样接入视频专网，获取视频图像信息，进行画面显示。工业电视设备组成复杂的监控网络，联动方式灵活，可以自定义监视画面，能够满足特殊、复杂的监控要求。

2 前端设备

前端监视设备主要为设置在各工艺段的摄像装置，功能为采集现场图像，并将图像信息转换为数字信号进行传输。主要包括：网络摄像机、自动光圈镜头、防护罩、安装云台，冷却装置等设备。4300mm产线工业电视按全天候使用要求设计，选用高解析度，低照度的红外摄像机；配备自动光圈镜头，以适应昼夜间环境照度变化大，满足24h监控的要求。

不同的监视点，选用不同的摄像设备，按主要功能分为球机和枪机。泵房、电气室监视范围较大，摄像机选用红外球型网络摄像机，电动云台安装，用以满足区域巡视监控的需要；工艺段设备监控画面固定，采用固定云台安装，由于系统环境较为恶劣，选用工业级枪式数字网络摄像机，同时配备风冷防护罩，使用净化压缩空气对摄像机进行吹扫，实现降温，除尘的目的。

3传输网络

数字信号衰耗小、抗电磁干扰强，输出图像更加稳定、清晰，4300mm产线全部采用网络摄像机，直接输出数字网络视频信号。

信号传输网络主要根据传输距离远近采用超五类双绞线和光纤敷设。超五类双绞线传输距离短，布线方便，短距离采用超五类双绞线传输。超五类双绞线有效传输距离一般为100米，由于板材产线电气环境复杂，大型变频器、电机使用较多，为减少不必要的干扰现象，距离超过70米时转用光纤传输。光纤传输距离长，抗干扰能力更强，但需要做对视频信号做光电转换处理，短距离敷设，综合成本较超五类双绞线高，在超五类双绞线不满足距离要求时，再采用光纤传输。

视频专网的网络架构考虑到板材厂复杂的电气环境，采用层次化架构设计，分为核心层、汇聚层和接入层。分层架构的设计方式，经过合理区域划分，可以有效分散数据流量，综合利用带宽。核心层与汇聚层、汇聚层与接入层交换机之间采用环形冗余连接，保证了视频专网链接安全性。

核心交换机是产线视频监控专用工业互联网的核心，采用网管型交换机，与各汇聚层交换机实现2*1G（链路捆绑方式）高速互联；通过双万兆上行，实现与基地云存储设备的数据对接。汇聚交换机主要分布在较为大操作室内，共设计三个汇集交换机，每个汇聚层向上连接核心交换机，向下通过1G链路下联至各操作室接入交换机。接入交换机采用下行百兆电口供各监控点数据接入。

4 生产监控

4300mm产线在各操作室配置了多組监视显示屏；在消防监控室配置了视频监视大屏幕，在消防监控室配置控制中心，可以对全产线的视频画面进行管理。

合理的区域划分，使得各操作室对应的监视点，满足操作室日常监控工作需求。监视点网络信号、图像控制主机、高清解码器通过接入交换机构成局域网，视频信号仅局域网内传输，减少了数据延迟，保证了监控画面的实时性；减少了储存压缩环节，能达到极高的清晰度。

视频图像信号经过硬件编码压缩处理后，通过视频专网传输，将视频信号输送至云存储设备及各监控终端，再以软件解压重现压缩后的视频图像，在接收端重现画面。通过视频专网，运行人员可以在任意一台监视器、大屏上查看任意一个区域的视频画面，并能根据权限对所有的图像进行控制、编组切换、多画面分组巡视等操作。

5 存储备份

4300mm产线工业电视系统通过视频专网连接流媒体服务器，接入全厂视频应用管理平台，在信息管控中心对全厂工业电视视频信号进行统一存储。

整个存储系统数据量较大，并随着工程建设规模进一步扩大，需要考虑需求发展，实现存储系统科学、平滑升级。设计存储系统时采用架构存储，选择实用性强的产品，模块化设计，具备动态扩容能力，既满足当前需求，又可实现系统的扩展。在保证不断提高功能和性能提高的同时，在较长的时间内保持相对稳定。

系统设计时充分考虑数据高可靠性，选用具有高度可靠性的软、硬件容错机制，通过系统管理，有效的安全访问控制，故障屏蔽，冗余重建等智能化措施，进行有效的故障预警、定位。在较低冗余硬件的情况下，通过软件算法实现高度容错，即保证数据的可靠性，又保证较高磁盘利用率。大大节约了系统建设成本和维护成本。

6 结语

本文简单描述了工业电视系统在4300mm产线应用的设计方法。目前工业电视具有直观、实时、信息共享、事故追朔等优点，对生产区域、重点设备进行监控，可以代替人工巡视，有效节约人力资源，降低生产成本。随着多媒体技术的进一步发展，工业电视的应用场景也会越来越广阔。