探析安防监控云台机的应用及常见故障检排

■文/湖北武汉市顺达机电工程公司 刘潇

关键字：安防监控 云台机应用 故障检排

1 引言

安防监控云台按使用环境分为室内型和室外型，两者的主要区别是室外型的密封性能好、防水、防尘、负载大，部分高级室外云台除有防雨装置外，还有防冻加温装置。电动云台适用于大范围扫描监视，可以扩大摄像机的监视范围。安防监控云台机在安防行业中起着至关重要的作用，对其使用和维护不当会引发诸多故障，及时检排十分必要。

2 安防监控云台机的性能特点

目前，监控摄像机的应用范围越来越广泛。除了摄像机本身，搭载摄像机灵活运行的云台也是重要的组成部分。在一些诸如大型超市、体育场等有专业监控中心的场所，监控系统有专人管理，云台机的使用更有意义，可以快速及时地检测到较大的区域，安全管控范围可以有效扩大。但如果监控系统不健全，主要利用摄像机进行监控调查，百万像素摄像头将是云台机的最佳替代品。有大面积监控需求的应用环境，需要全部进行监控覆盖，普通固定摄像机无法实现这一功能，这时云台机就可以派上用场。如果监控面积较小，用一两个固定摄像机完全能够满足监控需求，不仅价格便宜，而且监控效果更好。有了云台的支持，云台摄像头可以旋转、倾斜和缩放，可以覆盖几平方公里的监控范围，完成对大型区域的监测。对小型摄像机而言，这几乎是不可能完成的任务。云台机可以通过移动方式部署在需要监控的站点，用户可以使用云台机在较大地区范围内跟踪嫌疑人和相应安全事件，并且可以放大查看所捕获的被监控者的面目特征及车牌号码。由于云台机可以覆盖比较广泛的空间，包括特定站点需要监控的全部地区，因而降低了整个监控系统的成本。

云台机只能现场查看正在监控的画面,在特定的时间内也只能够覆盖到一定的范围,不可避免地要错失对一些重要事件的监控。由于云台机是复杂的机械装置,和固定摄像机相比,售后维修较为频繁，使用寿命相对较短。因为移动频繁,云台机的存储利用率往往是固定摄像机的2～4倍，同样因为不停地移动，所以云台机无法实现运动录音功能。此外，云台机要求较高的编码标准和比特率，以保证传输图像的质量。云台机的图像质量通常比固定相机要差，原因在于其摄像头尺寸较小、焦距更长，用户常常把云台机放在不同场所使用，比如家用，虽然有的云台机支持家用功能，但是大多数云台机系统不支持这样的配置。另外，由于IP网络不可避免地会出现网络延迟现象，机械性的云台机对于时间延迟非常敏感，如果延迟超过几分之一秒，通过网络控制云台机将会变得非常困难。对于传统的模拟系统这不是一个问题，但是对于IP视频来说，这个问题日益严重。

3 安防监控云台机运用

在设计安防监控云台时，常常会牵涉到设备选用问题。比较突出的是前端摄像与终端显示的搭配问题。选择监控系统设备时要根据监控环境严格挑选，应采用符合现行国家和行业有关标准的定型产品，系统所有设备必须是持有生产许可证的厂家生产的，设备上应有生产厂家名牌或商标、检验合格证及使用说明书等。对于非定型的配套设备或附属设备，则必须符合工程设计的质量要求。国产和进口产品在价格及性能指标相近的情况下，应优先采用国产的，以保护民族工业的发展。系统中所有设备的性能及技术要求应协调一致，并符合系统设计要求。系统采用设备和部件的视频输入和输出阻抗以及电缆的特性阻抗均应为75Ω，音频设备的输入、输出阻抗应为高阻抗或600Ω。

摄像设备和器材的选用应根据监视目标的照度选择不同灵敏度的摄像机。监视目标的最低环境照度应高于摄像机最低照度的10倍。摄像机镜头的焦距应根据视场大小和镜头与监视目标的距离确定，摄取固定监视目标时，可选用固定焦距镜头；当视距较小而视角较大时，可选用广角镜头；当视距较大时，可选用望远镜头；当需要改变监视目标的观察视角或视角范围较大时，宜选用变焦距镜头；当监视目标照度有变化时，均应采用光圈可调镜头；当需要遥控时可选用具有光对焦、光圈开度、变焦距的遥控镜头装置。同时应该根据工作环境选配相应的摄像机防护罩，防护罩可根据需要设置调温控制系统和遥控雨刷等。

固定摄像机在特定部位上的支承装置，可采用摄像机托架或云台。当一台摄像机需要监视多个不同方向的场景时，应配置自动调焦装置和电动遥控云台。如果是进行宏观监测，且被监测场景色彩又较为丰富，采用彩色获得的图像层次对比就更为生动且富于立体感，目测清晰程度比黑白摄像机的更高。如果要求被监测图像细节既要清晰，还要能忠实地重现目标的色彩，则应当采用更高级别的彩色CCD摄像机。对防盗用的系统可安装附加的外部传感器与系统组合进行联动报警。普通摄像机在夜间使用时，要保证有足够的照明，应采用自动光圈镜头，有自动聚焦功能则更为理想。

监视器的选择主要根据所选用的摄象机来决定。选择的标准首先应考虑所选用摄像机的清晰度及其是黑白还是彩色的。在清晰度指标上，选用监视器的清晰度要高于所选用摄像机的清晰度指标。如果需要充分显示摄像机的清晰度性能，则应当选用高一档清晰度的监视器，可以充分显示系统的优势和指标特色。

4 安防监控云台机的安装使用

云台摄像机根据使用场合的不同差别很大。例如，办公场所和餐馆等很少使用云台摄像机，但大型商场和公共场所的大多数摄像机都配备有云台。一般情况下，云台机都用于监控大型的公共场所，而在小型场所的应用中使用较少。

云台的基本结构及拆装：传动结构的驱动电动机是云台的核心部件，驱动电动机一般都有两个绕组，其中一组控制电动机做正向转动，另一组控制电动机反向转动。由于电动机转速高，因此需要一个大传动比的齿轮啮合传动， 以降低驱动齿轮的转速，提高转矩。

摄像机座板可手动调整，能在垂直方向上进行90°范围的调整并以螺丝固定。水平云台上的摄像机能够以一定的仰俯角在360°范围内进行扫描监视。行程开关左右定位卡销，可以5°的间隔在360°的范围内进行调整，用于调整云台的旋转限制点。两卡销之间的夹角即为云台的实际旋转角度。当云台控制器处于手动控制状态，且云台在旋转过程其定位卡销触及到行程开关时，就会切断电动机电压；当云台控制器处于自动（扫描）状态，且在旋转过程中定位卡销触及到行程开关时，就会通过云台内部的继电器接通反向电压使电动机反转，从而改变云台的旋转方向。

云台摄像机接线、安装和调试：云台从解码器共输出6条线，2条是RS485控制线，2条是220V电源线，还有2条是视频线。RS485 控制线和电源线可以用4芯非屏蔽线缆，从颜色上可以区分。云台是承载摄像机并可进行水平和垂直两个方向转动的装置。云台内装有两个电动机，一个负责水平方向转动，另一个负责垂直方向转动，水平及垂直转动的角度可通过限位开关进行调整。

在选用云台时除了要考虑安装环境、安装方式、工作电压、负载大小、性能价格比和外型是否美观外， 还应注意以下方面：为适应不同摄像机及防护罩的安装，云台的承重应是不同的，应根据选用的摄像机及防护罩的总重量选用合适承重的云台。室内用云台的承重量较小，云台的体积和自重也较小。室外用云台因为肯定要在其上面安装带用防护罩的摄像机，所以承重量都较大，体积和自重也较大。

有线控制的电动云台输入端有5条控制线，其中1条为电源的公共端，另外4条分别为上、下、左、右控制端。如果将电源的一端接在公共端，电源的另一端接在“上“时，则云台带动摄像机头向上转动，其余类推。有的云台内装有继电器等控制电路，这样的云台往往有6个控制输入端。1个是电源的公共端，另外4个是上、下、左、右端，还有1个则是自动转动端。当电源的一端接到公共端，电源的另一端接在“自动” 端时，云台将带动摄像机头按一定的转动速度进行上、下、左、右的自动旋转。在电源供电电压方面，目前常见的有交流240V和220V两种。云台的耗电功率，一般是承重量小的功耗小，承重量大的功耗大。在选用云台时，最好选用在云台固定不动的位置上安装有控制输入端及视频输入、输出端接口的云台， 并且在固定部位与转动部位之间（即摄像机之间）有用软螺旋线形成的摄像机及镜头的控制输入线和视频输出线的连线。这样的云台安装使用后不会因长期使用导致转动部分的连线损坏，特别是室外用的云台更应如此。

5 云台机的故障排查

云台在使用后不久就运转不灵或根本不能转动是常见故障。这种情况的出现，排除产品质量因素外，一般是由以下各种原因造成的：只允许将摄像机正装的云台，在使用时采用了吊装的方式，在此情况下，吊装方式导致了云台运转负荷加大，故使用不久就会导致云台的转动机构损坏，甚至烧毁电机；摄像机及其防护罩等总重量超过云台的承重，特别是室外使用的云台，往往防护罩的重量过大，常会出现云台转不动(特别是垂直方向转不动)的问题；室外云台因环境温度过高、过低、防水、防冻措施不良而出现故障甚至损坏。

对于经由云台控制器的简单系统,首先要确定在操作控制器时,与故障云台相连的控制器端口是否输出了控制电压,如没有电压则应确认是控制器的哪个端口出现问题,否则可能是因线路过长导致云台端的实际控制电压过低云台难以启动。这种因线路电阻损耗造成的故障表现为整个系统中近距离的云台可控,而远距离的云台不可控。对于具有系统主机和解码器的大中型系统,当整个电视监控系统中出现有云台不能转动的故障时,首先需要对整个通信控制系统进行排查，如果系统中至少有一个云台在至少一个方向上有至少一次以上的受控动作,即可判定系统主机与前端解码器之间可以进行通信控制,并且在该点与控制主机之间的线路是联通的,但此时整个系统的通信控制指令信号可能严重劣化,导致多数解码器对经由总线传输的控制指令不能正常响应。可重点检查通信控制连线的连接方法与连接质量、码分配器各端口的对外总负载是否严重不平衡、远端解码器是否按要求正确地进行了终端电阻匹配等等。对云台进行基本测试,可首先使用万用表的低阻档测量云台的某个控制接线端与公共端之间是否完全短路或开路，如果测得的直流电阻无穷大，则很有可能是云台的驱动电动机发生问题，但也不能排除云台内部连线出现问题。此时可拆开云台观察判定电动机、继电器、PCB电路板、接线端子之间是否有短路或开路,如果确认是此部分的问题则云台故障容易修复。还可直接对驱动电动机加上规定的交流电压进行动态测试，转动即正常，否则可确定驱动电动机有损坏。如果在云台的接线端处测出有较小的直流电阻,则该阻值可能是电动机绕组的直流电阻,在不拆开云台的情况下也可对云台进行加电测试，此时可以不用控制器或解码器，而只需在云台的控制接线端及公共端之间加上要求的控制电压即可。

云台只能水平或垂直方向运动，云台在任何方向都不能运动，经由云台控制器简单系统的判断方法是与云台相连的控制器端口是否输出了控制电压。因线路过长导致云台端的实际控制电压过低，云台同样难以启动，表现为近距离的云台可控，而远距离的云台不可控。大多数云台的故障都是因为其驱动电动机出现问题，云台故障用万用表的低阻档测量云台某个控制接线端与公共端之间是否完全短路或开路，如果测得直流电阻为0或无穷大，则很有可能是云台的驱动电动机出现故障，但也不能排除云台内部连线出现问题。拆开云台观察判断电动机、继电器、PCB电路板、接线端子之间是否有短路或开路，如确认有问题则可修复。否则，在确定电动机绕组的直流电阻非0时，可直接对驱动电动机加上规定的交流电压进行动态测试，转动即正常，否则可确定驱动电动机有损坏。云台的传动机构采用的是强度不高的塑料铸件，在大承重应用中，特别是在云台由下限位点向上抬头的过程中，这些塑料铸件被压裂、压碎，造成云台无法继续转动，出现这种情况应予修复。

出现球机输出图像模糊不清、镜头玻璃有污物、透明罩污浊不洁净、阻抗不匹配、接地环路接触不良等现象，可用软布清洁镜头及透明罩，同时检查阻抗环路配置和接地线路连接是否正确。

出现球机无法控制控制线连接不好、控制协议有误、地址不正确、矩阵主机或控制键盘控制端与解码器的通信协议不一致等现象，可检查控制线连接线，按要求重新调整比特率和通信协议。

出现球机无视频、无自检、无控制等现象，在输入电源正常的情况下，故障点可能发生在解码板电源电路上，这时需更换电源板。有的通过小键盘BL-KB102来控制带外置解码的云台，虽可控制云台转动，但控制自动时云台沿着一个方向转动到终点后就停止不动。用外置解码的球机不可以用键盘实现自动功能,只有在PC主机上才可以实现自动功能，如果用的是内置解码的球机或者云台,那么,自动功能在键盘上是可以实现的。用键盘可以控制内置解码的球机实现自动功能，但外置解码就不可以用键盘控制自动,外置解码的球机或云台在PC式的主机上才能实现自动功能。

云台转动时画面出现黑色的横杆,且有时画面比较暗淡。产生该故障的可能原因多是：接头接触不好、线路接触不良、产品损坏。云台转动时线路跟着转动、在移动的过程中，如果接头或线路接触不良，画面会夹带着黑色横条一闪一闪的，有时还会提示无视频信号，因为转动才会产生横杆，所以也有可能是云台的问题。如果云台严重老化，那么有可能产生磁场，那画面就自然会被磁场所影响而产生以上故障。可检测云台线路和接头，必要时予以修复。

6 云台视频信号干扰故障的检修实例

云台视频监控系统在各领域中的应用越来越多，不同环境、不同安装条件和不同施工人员，不同的线路、不同的电气环境都容易产生各种不同的干扰，这些干扰会通过传输线缆进入闭路电视监控系统，造成视频图像质量下降、系统控制失灵、运行不稳定等问题，直接影响整个系统的质量。因此了解视频干扰对云台视频监控系统的影响方式，针对不同情况采取相应的措施来解决干扰问题，对提高云台视频监控系统工程质量，确保系统的稳定运行非常必要。

云台视频监控系统干扰来源如下:前端设备引起的干扰和摄像机本身质量问题引起的干扰，判断方法是直接在前端安装监视器观察,如果是电源引起的干扰可以通过更换电源、采用开关电源供电、在220V交流回路中加交流滤波器等办法解决;如果是终端设备干扰,主要是监控室的供电、设备本身产生的干扰、接地引起的干扰、设备与设备连接引起的干扰等,简单的判断方法是在监控室直接连接摄像机观察;传输过程的干扰,主要是传输电缆损坏引起的干扰、电磁辐射干扰和地线干扰(地电位差)等,对于传输电缆可通过更换电缆或增加抗干扰设备解决。

云台视频在使用中有时会出现干扰故障，问题多出在视频信号的输出和分配上。出现云台干扰，云台一直向左或向右不停旋转，或在没有控制时自行旋转，这都是由于传输信号的衰减和受到干扰的影响。视频传输中最常见的故障现象表现在监视器的画面上出现一条黑杠或白杠,并且向上或向下慢慢滚动。分析这类故障现象时，要分清产生故障的两种不同原因，即电源问题还是地环路问题,可在控制主机上就近只接入一台电源没有问题的摄像机输出信号，如果在监视器上没有出现上述干扰现象，则说明控制主机无问题。接下来可用一台便携式监视器就近接在前端摄像机的视频输出端，并逐个检查每台摄像机。如有干扰现象则进行处理，如无干扰现象则可判定干扰是由地环路等其它原因引起的。

视频干扰源很多，查找干扰源的方法如下：一是先将摄像头就近接到显示器上检查干扰是否消失，排除显示器和摄像头的问题；二是更换电源（有些开关电源会产生干扰，用电池试最好，可完全排除电源干扰问题），如果用电池还有干扰，而按照第一条测试干扰消失，那干扰源基本可断定为线路或者摄像机附近有高频设备产生干扰，首先判断附近是否有电磁设备或者信号发射接收设备，关闭附近设备查看干扰是否消失，找到干扰源后想办法解决。如果判断是线路干扰，可增加抗干扰设备或更换视频线为双屏敝视频线，外面一层两边接地可增加抗干扰性。

监视器上出现木纹状的干扰，轻微时不会淹没正常图像，但严重时则图像无法观看(甚至破坏同步)。这种故障产生的原因较多也较为复杂。大致如下：视频传输线质量不好，特别是屏蔽性能差（屏蔽网不是质量很好的铜线网，或屏蔽网过稀而起不到屏蔽作用），与此同时，这类视频线的线电阻过大，造成信号产生较大衰减也是加重故障的原因；视频线的特性阻抗不是75Ω且参数超出规定也是产生故障的原因之一。由于产生上述干扰现象的原因不确定是因视频线质量不好而引起，因此判定故障原因时要准确和慎重。只有当排除其它可能因素后，再从视频线不良的角度去考虑。如果确定是电缆质量问题，最好的办法是换掉所有电缆，更换符合要求的电缆，这是彻底解决问题的最好办法。由于供电系统的电源不“洁净”也会引起干扰，即在正常电源上叠加有干扰信号，这种干扰信号多数来自本电网中使用可控硅的设备，特别是大电流、高电压的可控硅设备，对电网的污染非常严重，从而导致了同一电网中的电源不“洁净”。例如可控硅整流、调频调速装置等等，都会对电源产生污染，只有对整个系统采用净化电源才可以解决干扰问题。

可以通过调查和了解来判断系统附近是否有很强的干扰源。解决干扰的办法包括可以加强摄像机屏蔽，也可以对视频电缆线的管道进行接地处理。由传输线引入的空间辐射干扰，多数是因为在传输系统、系统前端或中心控制室附近有较强的、频率较高的空间辐射源，解决办法是在安装系统时，提前调研周边环境，尽量设法避开或远离辐射源。当无法避开辐射源时，对前端及中心设备加强屏蔽，传输线的管路采用钢管并确保良好的接地性能。

由于视频电缆线的芯线与屏蔽网短路、断路造成的故障表现形式是在监视器上产生较深较乱的大面积网纹干扰,致使图像全部被破坏,无法形成不成图像和同步信号。这种情况多出现在BNC接头或其它类型的视频接头上。即这种故障现象出现时往往不会是整个系统的各路信号均发生问题，而仅仅出现在那些接头不好的线路上。只要认真逐个检查这些接头，就可以解决。

传输线的特性阻抗不匹配可引起的故障，其表现形式是在监视器的画面上产生若干条间距相等的竖条干扰，干扰信号的频率基本上是行频的整数倍。这是由于视频传输线的特性阻抗失配造成的，一般可采用“始端串接电阻”或“终端并接电阻”的方法解决，但在短距离视频传输时使用阻抗失配和分布参数过大的视频电缆不一定会出现上述干扰现象。

7 结语

综上所述，安防监控设备进入调试阶段、试运行阶段以及交付使用后，仍有故障现象发生，如不能正常运行、系统达不到设计要求的技术指标、整体性能和质量不理想，亦即一些“软毛病”。这些问题对复杂的、大型的监控工程项目而言，是在所难免的。安防监控故障分析与预警，对其常见故障、视频信号干扰、视频质量下降进行准确分析、判断和报警，可以有效解决这些问题，确保安防监控设备恢复正常工作状态。