山鋼日照精品基地4300mm產線工業電視系統設計應用

劉鑫杰

摘 要：隨著工業互聯網、多媒體技術的發展，工業電視監視畫面高清度提高，應用成本逐步降低。工業電視監控部分代替人工巡視能夠有效節約人力成本，有巨大的成本優勢，工業電視系統在山鋼日照精品基地建設過程中大規模應用經驗具有重要的推廣意義。

關鍵詞：工業電視；工業互聯網；板材生產線

1 概述

日照鋼鐵精品基地4300mm寬厚板項目以濟鋼4300mm寬厚板生產線為基礎，通過對濟鋼4300mm寬厚板生產線的生產實踐總結，進行重點提升改造，實現異地搬遷。板材生產具有產線長、工藝復雜等特點，工業電視系統在板材軋制、生產過程中能夠實時、連續、真實、形象的監控一些重要工藝段，便于操作員與調度人員掌握產線信息，利于生產操作、集中調度，對出現的異常情況能提前發現和糾正，能有效解決生產過程中發生的突發性狀況。

2 系統設計

4300mm產線工業電視監視點的設計主要分為：加熱爐區域、軋機區域、冷床區域、1#剪切線區域、熱處理區域、2#剪切線區域、特厚板區域及液壓站、泵房、電氣室等區域。每個區域根據工藝特點再劃分為若干工藝段，各工藝段依托相對應的操作室，采取區域集中的方式形成對應各工藝段的子工業電視監控系統。每個子工業電視監控系統相對獨立，各子系統都根據工藝要求設置了一定數量前端監視設備，與配套的圖像控制主機、高清解碼器及監視器構成了一個完整的工業電視監控系統。監視點信號通過高清解碼器處理后，按照圖像控制主機的設定，將工藝段實時畫面直接顯示在操作室內的監視器上。

4300mm產線在接入機房設置了萬兆核心交換機，在重點區域設置了千兆匯聚交換機、在各操作室設置了接入交換機。通過核心交換機、匯聚交換機、接入交換機的互聯互通，構成完整的視頻監控專用工業互聯網。

各監視點網絡視頻信號通過接入交換機連接視頻專網，實現數據共享；圖像控制主機、高清解碼器及監視器同樣接入視頻專網，獲取視頻圖像信息，進行畫面顯示。工業電視設備組成復雜的監控網絡，聯動方式靈活，可以自定義監視畫面，能夠滿足特殊、復雜的監控要求。

2 前端設備

前端監視設備主要為設置在各工藝段的攝像裝置，功能為采集現場圖像，并將圖像信息轉換為數字信號進行傳輸。主要包括：網絡攝像機、自動光圈鏡頭、防護罩、安裝云臺，冷卻裝置等設備。4300mm產線工業電視按全天候使用要求設計，選用高解析度，低照度的紅外攝像機；配備自動光圈鏡頭，以適應晝夜間環境照度變化大，滿足24h監控的要求。

不同的監視點，選用不同的攝像設備，按主要功能分為球機和槍機。泵房、電氣室監視范圍較大，攝像機選用紅外球型網絡攝像機，電動云臺安裝，用以滿足區域巡視監控的需要；工藝段設備監控畫面固定，采用固定云臺安裝，由于系統環境較為惡劣，選用工業級槍式數字網絡攝像機，同時配備風冷防護罩，使用凈化壓縮空氣對攝像機進行吹掃，實現降溫，除塵的目的。

3傳輸網絡

數字信號衰耗小、抗電磁干擾強，輸出圖像更加穩定、清晰，4300mm產線全部采用網絡攝像機，直接輸出數字網絡視頻信號。

信號傳輸網絡主要根據傳輸距離遠近采用超五類雙絞線和光纖敷設。超五類雙絞線傳輸距離短，布線方便，短距離采用超五類雙絞線傳輸。超五類雙絞線有效傳輸距離一般為100米，由于板材產線電氣環境復雜，大型變頻器、電機使用較多，為減少不必要的干擾現象，距離超過70米時轉用光纖傳輸。光纖傳輸距離長，抗干擾能力更強，但需要做對視頻信號做光電轉換處理，短距離敷設，綜合成本較超五類雙絞線高，在超五類雙絞線不滿足距離要求時，再采用光纖傳輸。

視頻專網的網絡架構考慮到板材廠復雜的電氣環境，采用層次化架構設計，分為核心層、匯聚層和接入層。分層架構的設計方式，經過合理區域劃分，可以有效分散數據流量，綜合利用帶寬。核心層與匯聚層、匯聚層與接入層交換機之間采用環形冗余連接，保證了視頻專網鏈接安全性。

核心交換機是產線視頻監控專用工業互聯網的核心，采用網管型交換機，與各匯聚層交換機實現2*1G（鏈路捆綁方式）高速互聯；通過雙萬兆上行，實現與基地云存儲設備的數據對接。匯聚交換機主要分布在較為大操作室內，共設計三個匯集交換機，每個匯聚層向上連接核心交換機，向下通過1G鏈路下聯至各操作室接入交換機。接入交換機采用下行百兆電口供各監控點數據接入。

4 生產監控

4300mm產線在各操作室配置了多組監視顯示屏；在消防監控室配置了視頻監視大屏幕，在消防監控室配置控制中心，可以對全產線的視頻畫面進行管理。

合理的區域劃分，使得各操作室對應的監視點，滿足操作室日常監控工作需求。監視點網絡信號、圖像控制主機、高清解碼器通過接入交換機構成局域網，視頻信號僅局域網內傳輸，減少了數據延遲，保證了監控畫面的實時性；減少了儲存壓縮環節，能達到極高的清晰度。

視頻圖像信號經過硬件編碼壓縮處理后，通過視頻專網傳輸，將視頻信號輸送至云存儲設備及各監控終端，再以軟件解壓重現壓縮后的視頻圖像，在接收端重現畫面。通過視頻專網，運行人員可以在任意一臺監視器、大屏上查看任意一個區域的視頻畫面，并能根據權限對所有的圖像進行控制、編組切換、多畫面分組巡視等操作。

5 存儲備份

4300mm產線工業電視系統通過視頻專網連接流媒體服務器，接入全廠視頻應用管理平臺，在信息管控中心對全廠工業電視視頻信號進行統一存儲。

整個存儲系統數據量較大，并隨著工程建設規模進一步擴大，需要考慮需求發展，實現存儲系統科學、平滑升級。設計存儲系統時采用架構存儲，選擇實用性強的產品，模塊化設計，具備動態擴容能力，既滿足當前需求，又可實現系統的擴展。在保證不斷提高功能和性能提高的同時，在較長的時間內保持相對穩定。

系統設計時充分考慮數據高可靠性，選用具有高度可靠性的軟、硬件容錯機制，通過系統管理，有效的安全訪問控制，故障屏蔽，冗余重建等智能化措施，進行有效的故障預警、定位。在較低冗余硬件的情況下，通過軟件算法實現高度容錯，即保證數據的可靠性，又保證較高磁盤利用率。大大節約了系統建設成本和維護成本。

6 結語

本文簡單描述了工業電視系統在4300mm產線應用的設計方法。目前工業電視具有直觀、實時、信息共享、事故追朔等優點，對生產區域、重點設備進行監控，可以代替人工巡視，有效節約人力資源，降低生產成本。隨著多媒體技術的進一步發展，工業電視的應用場景也會越來越廣闊。