基于光纖通信的水電廠工業電視監控系統設計

張惠凱

（國能迪慶香格里拉發電有限公司，云南 香格里拉 674400）

0 引 言

隨著自動化的發展和要求，某水電廠目前需要對其工業電視監控系統進行進一步改造，以解決其無法遠傳圖像，無法對大壩圖像和6 號機組進行監控等問題。某水電廠基于光纖通信的技術改造包括了大壩廣播系統建造、6 號機組工業電視監控系統建造等項目[1-4]。本研究針對基于光纖通信的水電廠工業電視監控系統改造內容，具體實施、運行方式和特點進行探討。

1 改造的主要內容

改造后的工業電視監控系統擴充了一定數目的監控點，包括廠房內的監控點擴充和大壩監控點的擴充，同時配套了大壩廣播系統的建設。由于大壩與廠房之間的距離長達1 500 m，信息需要經過云距離通信，為了保證信息傳輸的及時性，選擇光纖通信進行大壩和廠房工業電視監控系統之間的信息傳輸。改造后的工業電視監控系統框圖如圖1 所示。

圖1 工業電視監控系統框圖

1.1 基于光纖通信的大壩工業電視監控系統改造

改造后的大壩工業電視監控系統可以實時地提供圖像和控制信息，確保水電廠運行的安全性，同時可以和廠房工業電視監控系統聯網，提高水電廠的運行效率。

（1）主控系統。工業電視監控系統的主控系統選擇矩陣切換主機AD2150-3205，其具備5 路輸出和32 路輸入，通信協議與廠房主機AD2052 一致，2個系統的連接通過美國生產的BCI 視音頻數字光端機（1 路視頻+2 路音頻+1 路數據）進行操作，可以相互傳輸信號與圖像。基于操縱主控鍵盤即可切換全部的視頻圖像，還可以遠程操縱雨刷、鏡頭或云臺。同時，系統搭配了錄像機，可以對9 路圖像進行錄像，僅通過一臺畫面分割器就可以切割9 幅畫面。基于2臺34 英寸的液晶顯示器，可以同時調出10 幅監控畫面，便于工作人員進行監控。與廠房工業電視監控系統進行聯網后，廠房工業電視監控系統可以控制和調用大壩工業電視監控系統里的任何一個畫面。

（2）分控系統。設置1 個分控臺在大壩處，再分別配置1 臺29 英寸液晶電視機和1 個分控鍵盤，通過操作分控鍵盤對各個攝像點進行調控，完成對全部視頻圖像的切換和對鏡頭等部件的操縱任務。

（3）傳輸子系統。對于傳輸全部的控制信號和視頻信號，可以由傳輸子系統將其不失真地傳送到相應的子系統或者中控室。這部分是基于光纖通信技術完成，傳輸部件包括控制電纜、雙屏蔽視頻電纜等。有一些攝像點距離中控室的距離較遠，為保證其圖像的清晰，可以采用平衡傳輸設備進行處理，設計共有3 套這種設備，分別設置于大壩的3 個攝像點處。

（4）監視子系統。監視子系統由攝像機、鏡頭和云臺等設備組裝而成。中繼解碼盒可以用來接收由控制系統傳輸來的控制信號并進行對應的解碼操作，最后輸出完成云臺的全方位自動掃描運行操作和鏡頭的變光操作等功能。云臺可以支持攝像機和護照完成全方位的運行。攝像機可以在多種環境下使用，還可以讓圖像全部傳輸到中控室并進行相應的處理。每個攝像點鏡頭和攝像機所配置的圖像都很清晰。把1/3英寸數字信號處理（Digital Signal Process，DSP）電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）彩色攝像機F1-809C 安裝在大壩壩頂中孔、下游和上游處，鏡頭采用10 倍變焦T10Z0612M-CS，安裝2 臺日產1/2 英寸低照度黑白攝像機WAT-902H，10 倍變焦H10Z1218 鏡頭，而全球罩采用澳大利亞全天候全球罩ASW-14MPT。

1.2 基于光纖通信的大壩廣播系統建造

大壩廣播系統可以選取智能化緊急廣播設備進行相應建設。設備可以安裝在大壩和廠房之間。控制部分可以由3 個分控室和1 個大壩中控室組成。中控室可以基于對3 個分控室的控制，進而對所有喇叭進行控制。而3 個分控室對大壩的控制策略可以采取就近控制。一共有1 個中控室，3 個分控室。各分控室與中控室可以基于無線話筒和座式話筒設備完成控制操作。

6 號機組工業電視監控系統的建造在6 號機組處新增了10 個點，除了6 號機的主變和35 kV 的控制室、開關室的點外，其他點在6 號機的旁邊。廠房中控室和6 號機組相距1 km，因此需要利用光纖通信解決數據通信和圖像傳輸問題，于是采用4 芯多模光纖進行連接。光端機分別采用了VT/1101M/VR1000、VT/VR1500WDN 和VT6010/VR6010。

在廠房的工業電視監控系統，任何一個監視器都可以隨意調控6 號機組的10 個監視點，實現切換所有的視頻圖像和遙控鏡頭、云臺任務，還可以基于任何一路進行圖像遠傳與數字硬盤錄像操作。

1.3 廠房工業電視監控系統改造

在廠房的AD2052 矩陣切換主機處增加1 塊16路的輸入模塊，增加1 個19 寸的超級視頻圖形適配器（Super Video Graphics Adapter，SVGA）與一臺TRV5300 綜合影像處理器，并重新建造新的操作臺，全部的設備都集中布置在控制柜內，顯得整潔美觀。

1.3.1 原有系統改造

（1）采用集成的KDS-1601 字符機代替舊版的56 個分散的漢字字符機，并調整主機的時間、字符。

（2）取消之前所用的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）控制前端電源并重新改造電源回路，采用自動空氣開關實現對每個設備電源的控制。同時，基于總電源和分電源開關進行分別控制操作，開關設置在控制柜內，采用工業電視專用不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）作為設備電源。

（4）更換掉原本所有的接觸不好的視頻信號K接頭，并進行焊接固定。

（5）為了避免室外攝像點遭到雷擊，采取美國生產的DTK-VSP/BNC-A 視頻防雷器，DTK-240-3CM 電源防雷器和DTK-1LVLP 數據防雷器增加防雷措施。

1.3.2 增加硬盤錄像及網絡傳輸功能

工業電視監控系統所搭配的TRV-5300 匯視綜合影像系統采用512 MB 隨機存取存儲器（Random Access Memory，RAM）、19 英寸SONY 液晶顯示器、Visionsoft digital Recorder 影像處理軟件、40 GB 硬盤、Windows 操作系統和超微半導體（Advanced Micro Devices，AMD）處理器進行影像處理軟件設計，最高接收的視頻信號可達16 路，基于RS-232 口和視頻切換矩陣主機進行傳輸通信，實現控制操作，并搭配有專用的1 kVA 的UPS。

基于TRV-5300 匯視綜合影像處理器，該系統可以處理多達16 臺的攝像機，原因是該系統的處理器具有時分處理技術等多款獨有功能，可以實現同步多功能操作。在操作員處理其他系統運作時，攝像機影像仍不斷存儲于TRV-5300 內置硬盤內。

TRV-5300匯視綜合影像系統具有多款先進功能，如根據移動探測動作搜索畫面、警報期間自動錄影加速等，還可以基于10 Mb 以太網上傳相關數據影像，并顯示在同一個網絡的不同工作站中，實現時間式收縮和報警記錄搜索等任務[5]。該系統可以與電廠管理信息系統（Management Information System，MIS）局域網進行聯網，同時通過4 臺不同的計算機在電廠MIS 中運行操作，根據用戶的級別選擇相應匹配的圖像調控。開通電信網絡后，該系統可以在MIS 中實現跨網運行操作。

系統的安全級別一共劃分為3 級，第1 級由系統管理員負責，可以執行系統刪除記錄等操作；第2級由系統操作員負責，無法執行系統的設定，但可以執行其他與系統管理員相同的操作；第3 級由操作員負責，執行錄像和記錄等任務。

1.3.3 基于光纖通信的廠房與大壩工業電視監控系統聯網

當水電廠廠房的工業電視監控系統和大壩的工業電視監控系統進行聯網操作后，可以通過鍵盤在廠房操作臺上調控大壩的每一幅畫面，同時可以調用2 幅畫面，并且可以網絡遠傳與硬盤錄像大壩各攝像點圖像。這2 個系統之間的通信基于光纖通信技術完成。

工業電視監控系統配置了1 臺多媒體計算機，計算機上有2 個RS-232 口可以和廠房、大壩的視頻矩陣切換主機相連，圖形管理軟件選擇天網系統NTK2000C，其具有多畫面控制等功能。通過這臺計算機，可以調控廠房與大壩工業電視監控系統任何一個攝像點到中控室所有監視器上。

2 系統特點

基于光纖通信改造后的某水電廠工業電視監控系統如圖2 所示，其具有下列特點。

圖2 某水電廠工業電視監控系統

（1）合理分配資源。只有在重要的設備區才配置攝像點，降低系統建設成本。在中控室里選擇用大型矩陣主機AD2052；而大壩和廠房的相距距離較遠，可以采用小型矩陣主機AD2150。另外，6 號機組可以基于矩陣主機AD2052 增加輸入視頻通道，基于光纖傳輸技術將視頻信號傳輸至廠房矩陣主機，這樣傳輸的圖像清晰可靠。

（2）提升圖像質量。為了更加靈活地使用多種傳輸介質提升圖像質量，可以使用距離視頻信號100 m 的攝像點，而對于距離100 ～500 m 的攝像點，則采用雙絞線加平衡傳輸設備完成圖像的傳輸任務，超過500 m 的攝像點的圖像傳輸任務，則基于光纖通信技術來完成，選用美國制造的高性能光端機。

（4）攝像可遠傳。基于功能強大的硬盤錄像機，該系統的所有攝像點都可以基于數字化硬盤錄像網絡進行遠傳。

（5）自主選擇配置方案。基于現場情況的不同，可以自主選擇配置方案，例如各類攝像機、云臺等。攝像機包括1/2 和1/3 英寸的攝像機，黑白與彩色攝像機，低照度和高照度攝像機，鏡頭包括6 倍和10倍定焦、變焦鏡頭，云臺包括室內室外和一體化的云臺，閘室的攝像點采取的是一體化球形水平360°云臺，可以大大降低運維成本。

（6）廣泛運用計算機技術。基于矩陣視頻切換主機對廠房與大壩中控室內的影像進行圖像切換，在中控室中，可以基于計算機實現大壩、廠房工業電視監控系統的聯網操作。

（7）防雷擊特性。為了避免遭受雷擊損耗，對于室外攝像點，系統都分別安裝了電源、數據、視頻防雷器。

3 結 論

基于光纖通信技術對某水電廠工業電視監控系統進行重新改造后，可以對廠房設備和大壩，6 號機組進行實時監控，全部的圖像都可以進行硬盤錄像和網上遠距離傳輸操作，還可以查閱歷史的圖像記錄。基于文章提出的方案，改造后的系統成本耗費低、效益高，設備可以更加高安全化運行，故障出現頻率大幅度下降。大壩工業電視及廣播系統建成后，可以大大降低人工的運維成本和勞動強度，從而提高整個水電廠的運行效率。