基于光纤通信的水电厂工业电视监控系统设计

张惠凯

（国能迪庆香格里拉发电有限公司，云南 香格里拉 674400）

0 引 言

随着自动化的发展和要求，某水电厂目前需要对其工业电视监控系统进行进一步改造，以解决其无法远传图像，无法对大坝图像和6 号机组进行监控等问题。某水电厂基于光纤通信的技术改造包括了大坝广播系统建造、6 号机组工业电视监控系统建造等项目[1-4]。本研究针对基于光纤通信的水电厂工业电视监控系统改造内容，具体实施、运行方式和特点进行探讨。

1 改造的主要内容

改造后的工业电视监控系统扩充了一定数目的监控点，包括厂房内的监控点扩充和大坝监控点的扩充，同时配套了大坝广播系统的建设。由于大坝与厂房之间的距离长达1 500 m，信息需要经过云距离通信，为了保证信息传输的及时性，选择光纤通信进行大坝和厂房工业电视监控系统之间的信息传输。改造后的工业电视监控系统框图如图1 所示。

图1 工业电视监控系统框图

1.1 基于光纤通信的大坝工业电视监控系统改造

改造后的大坝工业电视监控系统可以实时地提供图像和控制信息，确保水电厂运行的安全性，同时可以和厂房工业电视监控系统联网，提高水电厂的运行效率。

（1）主控系统。工业电视监控系统的主控系统选择矩阵切换主机AD2150-3205，其具备5 路输出和32 路输入，通信协议与厂房主机AD2052 一致，2个系统的连接通过美国生产的BCI 视音频数字光端机（1 路视频+2 路音频+1 路数据）进行操作，可以相互传输信号与图像。基于操纵主控键盘即可切换全部的视频图像，还可以远程操纵雨刷、镜头或云台。同时，系统搭配了录像机，可以对9 路图像进行录像，仅通过一台画面分割器就可以切割9 幅画面。基于2台34 英寸的液晶显示器，可以同时调出10 幅监控画面，便于工作人员进行监控。与厂房工业电视监控系统进行联网后，厂房工业电视监控系统可以控制和调用大坝工业电视监控系统里的任何一个画面。

（2）分控系统。设置1 个分控台在大坝处，再分别配置1 台29 英寸液晶电视机和1 个分控键盘，通过操作分控键盘对各个摄像点进行调控，完成对全部视频图像的切换和对镜头等部件的操纵任务。

（3）传输子系统。对于传输全部的控制信号和视频信号，可以由传输子系统将其不失真地传送到相应的子系统或者中控室。这部分是基于光纤通信技术完成，传输部件包括控制电缆、双屏蔽视频电缆等。有一些摄像点距离中控室的距离较远，为保证其图像的清晰，可以采用平衡传输设备进行处理，设计共有3 套这种设备，分别设置于大坝的3 个摄像点处。

（4）监视子系统。监视子系统由摄像机、镜头和云台等设备组装而成。中继解码盒可以用来接收由控制系统传输来的控制信号并进行对应的解码操作，最后输出完成云台的全方位自动扫描运行操作和镜头的变光操作等功能。云台可以支持摄像机和护照完成全方位的运行。摄像机可以在多种环境下使用，还可以让图像全部传输到中控室并进行相应的处理。每个摄像点镜头和摄像机所配置的图像都很清晰。把1/3英寸数字信号处理（Digital Signal Process，DSP）电荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）彩色摄像机F1-809C 安装在大坝坝顶中孔、下游和上游处，镜头采用10 倍变焦T10Z0612M-CS，安装2 台日产1/2 英寸低照度黑白摄像机WAT-902H，10 倍变焦H10Z1218 镜头，而全球罩采用澳大利亚全天候全球罩ASW-14MPT。

1.2 基于光纤通信的大坝广播系统建造

大坝广播系统可以选取智能化紧急广播设备进行相应建设。设备可以安装在大坝和厂房之间。控制部分可以由3 个分控室和1 个大坝中控室组成。中控室可以基于对3 个分控室的控制，进而对所有喇叭进行控制。而3 个分控室对大坝的控制策略可以采取就近控制。一共有1 个中控室，3 个分控室。各分控室与中控室可以基于无线话筒和座式话筒设备完成控制操作。

6 号机组工业电视监控系统的建造在6 号机组处新增了10 个点，除了6 号机的主变和35 kV 的控制室、开关室的点外，其他点在6 号机的旁边。厂房中控室和6 号机组相距1 km，因此需要利用光纤通信解决数据通信和图像传输问题，于是采用4 芯多模光纤进行连接。光端机分别采用了VT/1101M/VR1000、VT/VR1500WDN 和VT6010/VR6010。

在厂房的工业电视监控系统，任何一个监视器都可以随意调控6 号机组的10 个监视点，实现切换所有的视频图像和遥控镜头、云台任务，还可以基于任何一路进行图像远传与数字硬盘录像操作。

1.3 厂房工业电视监控系统改造

在厂房的AD2052 矩阵切换主机处增加1 块16路的输入模块，增加1 个19 寸的超级视频图形适配器（Super Video Graphics Adapter，SVGA）与一台TRV5300 综合影像处理器，并重新建造新的操作台，全部的设备都集中布置在控制柜内，显得整洁美观。

1.3.1 原有系统改造

（1）采用集成的KDS-1601 字符机代替旧版的56 个分散的汉字字符机，并调整主机的时间、字符。

（2）取消之前所用的可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制前端电源并重新改造电源回路，采用自动空气开关实现对每个设备电源的控制。同时，基于总电源和分电源开关进行分别控制操作，开关设置在控制柜内，采用工业电视专用不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）作为设备电源。

（4）更换掉原本所有的接触不好的视频信号K接头，并进行焊接固定。

（5）为了避免室外摄像点遭到雷击，采取美国生产的DTK-VSP/BNC-A 视频防雷器，DTK-240-3CM 电源防雷器和DTK-1LVLP 数据防雷器增加防雷措施。

1.3.2 增加硬盘录像及网络传输功能

工业电视监控系统所搭配的TRV-5300 汇视综合影像系统采用512 MB 随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、19 英寸SONY 液晶显示器、Visionsoft digital Recorder 影像处理软件、40 GB 硬盘、Windows 操作系统和超微半导体（Advanced Micro Devices，AMD）处理器进行影像处理软件设计，最高接收的视频信号可达16 路，基于RS-232 口和视频切换矩阵主机进行传输通信，实现控制操作，并搭配有专用的1 kVA 的UPS。

基于TRV-5300 汇视综合影像处理器，该系统可以处理多达16 台的摄像机，原因是该系统的处理器具有时分处理技术等多款独有功能，可以实现同步多功能操作。在操作员处理其他系统运作时，摄像机影像仍不断存储于TRV-5300 内置硬盘内。

TRV-5300汇视综合影像系统具有多款先进功能，如根据移动探测动作搜索画面、警报期间自动录影加速等，还可以基于10 Mb 以太网上传相关数据影像，并显示在同一个网络的不同工作站中，实现时间式收缩和报警记录搜索等任务[5]。该系统可以与电厂管理信息系统（Management Information System，MIS）局域网进行联网，同时通过4 台不同的计算机在电厂MIS 中运行操作，根据用户的级别选择相应匹配的图像调控。开通电信网络后，该系统可以在MIS 中实现跨网运行操作。

系统的安全级别一共划分为3 级，第1 级由系统管理员负责，可以执行系统删除记录等操作；第2级由系统操作员负责，无法执行系统的设定，但可以执行其他与系统管理员相同的操作；第3 级由操作员负责，执行录像和记录等任务。

1.3.3 基于光纤通信的厂房与大坝工业电视监控系统联网

当水电厂厂房的工业电视监控系统和大坝的工业电视监控系统进行联网操作后，可以通过键盘在厂房操作台上调控大坝的每一幅画面，同时可以调用2 幅画面，并且可以网络远传与硬盘录像大坝各摄像点图像。这2 个系统之间的通信基于光纤通信技术完成。

工业电视监控系统配置了1 台多媒体计算机，计算机上有2 个RS-232 口可以和厂房、大坝的视频矩阵切换主机相连，图形管理软件选择天网系统NTK2000C，其具有多画面控制等功能。通过这台计算机，可以调控厂房与大坝工业电视监控系统任何一个摄像点到中控室所有监视器上。

2 系统特点

基于光纤通信改造后的某水电厂工业电视监控系统如图2 所示，其具有下列特点。

图2 某水电厂工业电视监控系统

（1）合理分配资源。只有在重要的设备区才配置摄像点，降低系统建设成本。在中控室里选择用大型矩阵主机AD2052；而大坝和厂房的相距距离较远，可以采用小型矩阵主机AD2150。另外，6 号机组可以基于矩阵主机AD2052 增加输入视频通道，基于光纤传输技术将视频信号传输至厂房矩阵主机，这样传输的图像清晰可靠。

（2）提升图像质量。为了更加灵活地使用多种传输介质提升图像质量，可以使用距离视频信号100 m 的摄像点，而对于距离100 ～500 m 的摄像点，则采用双绞线加平衡传输设备完成图像的传输任务，超过500 m 的摄像点的图像传输任务，则基于光纤通信技术来完成，选用美国制造的高性能光端机。

（4）摄像可远传。基于功能强大的硬盘录像机，该系统的所有摄像点都可以基于数字化硬盘录像网络进行远传。

（5）自主选择配置方案。基于现场情况的不同，可以自主选择配置方案，例如各类摄像机、云台等。摄像机包括1/2 和1/3 英寸的摄像机，黑白与彩色摄像机，低照度和高照度摄像机，镜头包括6 倍和10倍定焦、变焦镜头，云台包括室内室外和一体化的云台，闸室的摄像点采取的是一体化球形水平360°云台，可以大大降低运维成本。

（6）广泛运用计算机技术。基于矩阵视频切换主机对厂房与大坝中控室内的影像进行图像切换，在中控室中，可以基于计算机实现大坝、厂房工业电视监控系统的联网操作。

（7）防雷击特性。为了避免遭受雷击损耗，对于室外摄像点，系统都分别安装了电源、数据、视频防雷器。

3 结 论

基于光纤通信技术对某水电厂工业电视监控系统进行重新改造后，可以对厂房设备和大坝，6 号机组进行实时监控，全部的图像都可以进行硬盘录像和网上远距离传输操作，还可以查阅历史的图像记录。基于文章提出的方案，改造后的系统成本耗费低、效益高，设备可以更加高安全化运行，故障出现频率大幅度下降。大坝工业电视及广播系统建成后，可以大大降低人工的运维成本和劳动强度，从而提高整个水电厂的运行效率。