嵌入式视频监控系统在溪口蓄能电站的应用

1、嵌入式视频监控系统在溪口蓄能电站的应用222006年6月水电厂自动化第2期总第107期嵌入式视频监控系统在溪口蓄能电站的应用周建宅于昭建(宁波溪121抽水蓄能电站有限公司浙江省宁波市315502)【摘要】溪1:2蓄能电站是我国第一座投产的中型抽水蓄能电站,自动化程度较高,为达到少人值班,远程监控的需要,迫切需要上1套视频监控系统以达到对电站生产设备遥视的目的,本文分析了各代视频监控的特点,针对溪1:2蓄能电站生产管理的要求,提出了溪1:2视频监控系统的设计原则,最终选择了基于嵌入式视频监控系统的解决方案.【关键词】溪1:2蓄能电站少人值班嵌入式视频监控解决方案【数据库分类号】SZ01SZ130

2、概述宁波溪口抽水蓄能电站位于浙江省宁波市奉化溪口镇,距负荷中心宁波市仅30km,装机容量80MW,是宁波地区电力系统现阶段唯一的中型调峰填谷电站.电站由上水库,下水库,输水系统,圆形竖井半地下式厂房及升压开关站等组成,厂房内安装2台立轴单级单速可逆混流式水泵水轮机,发电电动机为立轴悬式,空冷,可逆式三相同步电机,机电设备全部为进口,其计算机监控系统采用ABB的MNS系统.该电站的建成对缓解宁波地区电力系统日益严重的峰谷矛盾,提高供电的可靠性,改善供电质量起到了很大作用.宁波溪口抽水蓄能电站采用以计算机控制为主,简化常规控制设备为辅的控制方式,分层分布结构,整个控制系统分为电站主控级和就地控制单

3、元.宁波调度中心通过RTU可以实现对本电站的遥测和遥信.为适应电站现代化生产和安全管理的需要,溪口蓄能电站有限公司决定在80MW机组主厂房,上下库闸门室,开关站,办公楼等重要场所安装彩色摄像机,利用现有电站通信网络,建设整个电站的网络视频监控系统,增加电站的遥视功能,使远在宁波中宁大厦办公的管理人员能及时了解现场实际情况.网络视频监控系统的建设,将大大增加对电站主要环境和主设备运行状况的监控管理力度,方便管理人员及时了解到各现场设备的运行状况,及时发现机组设备运行的安全隐患,方便运行人员及时做出对策,采取相应的保障措施,提高机组设备运行的安全性,也可大大减轻巡检人员的劳动强度,进一步提高电站的

4、现代化管理水平.1视频监控系统的发展历史图像监控一直是人们关注的应用技术热点之一,它以其直观,方便,信息内容丰富而被广泛应收稿日期:20060403.?监控系统与辅机控制?周建宅等嵌入式视频监控系统在溪12:I蓄能电站的应用23用.在电子技术与通信技术的发展过程中,图像监控系统的技术水平,直接反映了不同阶段电子与通信的技术状况,就图像监控的方式而言,大致可分为三类.1.1本地模拟图像监视从摄像机,电视机出现的那天起,原始的图像监视系统就已诞生.它被广泛应用于保安,生产管理等场合.本地图像监控系统主要由摄像机,视频矩阵,监视器,录像机等组成,由视频线,控制线缆等连接.本地图像监控系统一般采用模拟

5、方式传输,采用视频同轴电缆(少数采用光纤,视频光端机等),传输距离不能太远,主要应用于小范围内的监控,如大楼监控等.监控图像一般只能在控制中心查看.但由于是无压缩,图像质量最好,无马赛克及滞后现象,适用于对图像质量及连续性要求极高的场合.1.2基于PC平台的多媒体监控数字视频压缩编码技术的日益成熟,微机的普及化,为基于PC的多媒体监控创造了条件.多媒体监控系统一般采用下面的结构:在远端监控现场,有若干个摄像机,各种检测,报警探头与数据设备等,通过各自的传输线路,汇接到前端的多媒体监控终端上,多媒体监控终端可以是1台PC机,也可以是专用的工业机箱组成多媒体监控终端,一般监控终端都配有一个视频矩阵

6、或视频切换器.除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外,系统利用视频压缩卡和通信接口卡,通过通信网络,将这些信息传到一个或多个监控中心.PC机的多媒体监控系统功能较强,软件开发比较容易,但稳定性不够好,容易发生死机等现象;功耗高;需要有人值守,一般不能用在无人值守的场合;同时软件的开放性不好,不容易和其他系统互联.1.3基于嵌入式操作系统的远程网络视频监控目前一般的远程图像监控系统,其图像压缩与解压缩全部采用基于PC机的视频卡,使得视频前端(如CCD等视频信号的采集,压缩,通信)较为复杂,稳定性,可靠性不高,且价格高昂.而PC机也需专人管理,操作较为繁琐.随着技术的进步,在1999年底开始

7、出现了一种新型的网络化远程视频监控技术,即基于嵌入式操作系统的远程网络视频监控.基于嵌入式操作系统技术的远程网络视频监控主要的原理是:视频服务器内置一个嵌入式Web服务器,采用嵌入式实时操作系统.摄像机传送来的视频信号数字化后由高效压缩芯片压缩,通过内部总线传送到内置的Web服务器.网络上用户可以直接用客户端软件查看服务器上的摄像机图像,授权用户还可以控制云台摄像机镜头的动作或对系统配置进行操作.2溪口蓄能电站视频监控系统的设计原则2.1可靠性和兼容性在系统设备的选择上,所有选用产品均为国际知名品牌,并且在国内有一定的市场占有率,同时所有设备均通过公安部安全防范产品检测中心检测鉴定,以保证整个

8、系统安全可靠的运行.2.2开放性和兼容性在总体规划系统方案时,采用标准化,规范化设计,使得系统具有开放性和良好的兼容性,便于设备,器材的选型,保证用户在系统上进行有效的利用和开发,并为以后的扩展提供便利条件.2.3先进性和成熟性在满足用户现在需求的前提下,充分考虑信息社会迅速发展的趋势,选择合理,实用,便于扩展与升级的结构和技术先进,有信誉保证并得到广大用户认可的厂家产品.242006年6月水电厂自动化第2期总第107期2.4集成性和可扩展性充分考虑整个系统所涉及的各个部分的集成,保证整个系统总体结构上的先进性和合理性,实现对各个部分的分散式控制,集中统一式管理和监控.整个系统必须有灵活的结构

9、,并留有合理的扩展余地,以便用户根据需要进行适当地变动与扩充.2.5经济性为进一步保障用户的投资,国产设备均由厂家直接供应,进口器材均由大陆1级经销商直接供应.使系统在实现先进性,可靠性前提下,尽量使得整个系统所需投资合理,达到功能和经济的优化设计,从而构成一个性能价格比优化的系统.2.6可管理性和可维护性在设计时,采用先进的,标准的用户界面良好的管理软件,合理的设备布局,做到走线规范,标记清楚,文档齐全,以便对整个系统提供可管理性和可维护性.3基于嵌入式视频监控KB一5600nDVR系统的特点溪口蓄能电站在综观了国内外网络视频系统的发展状况和产品性价比之后,感觉到我国在网络视频领域中的技术发

10、展及应用水平已经赶上了国际水准,不单在产品的更新换代上,在其他各个方面都有着因地域优势所带来的便捷服务.为此,我们最终选择了国内深圳键桥通信技术有限公司的KB一5600nDVR嵌入式视频系统.该系统特点如下.3.1系统采用标准的模块化设计前端视频压缩系统采用模块化的Vlinker2000视频服务器,该设备采用先进的嵌入式操作系统,视频压缩格式遵循MPEG4压缩标准,设备体积小,稳定性高,完全适合在无人值守的环境中使用.当用户系统扩充时,只需要扩充视频压缩模块和升级系统软件即可,不用对中心服务器和客户端硬件进行升级,可保护用户的现有设备投资.3.2适合网络化,数字化的监控要求真正分布式的端到端I

11、P结构,减少了模拟监控电缆铺设和维修费用;系统采用标准的TCP/IP协议,能为架构在局域网,广域网和无线网络之上的Vlinker2000视频服务器提供一45以太网接口,可直接接入局域网交换机或者HUB上.通过视频服务器压缩的视频信号和控制信号完全通过网络传输,节省了铺设长距离线缆的成本,真正做到一网多用.3.3完善的系统功能系统监控中心和各分控中心可以对管辖范围内多个本地和远程监控前端进行实时监控,多层使用权限,安全可靠的用户登录途径;分布式结构提供无限硬盘存储容量;强有力的视频文件搜索工具可以按时间,日期,图像变化率,报警和用户定义的书签进行搜索;KB一5600nDVR软件开发包(S1K)提

12、高了与第三方安全系统和信息管理系统(MIS)的集成能力;能够支持多场合的中央监控,不受地理条件的限制;系统可以以1画面,4画面,9画面方式显示,图像可自动轮巡,切换时间可以任意调节,可设置手动录像,计划录像和报警自动录像等多种录像方式.当发生报警时,可任意联动其他设备,如射灯,警号,同时可在客户端自动弹出报警现场的画面,并弹出报警提示.3.4同时支持多种控制协议网络视频监控系统同时支持多家知名品牌的控制协议,包括PECLOP,PECLOD,LILIN快球,YAAN快球和可视通解码器的控制协议.3.5图像清晰图像压缩采用MPEG2或MPEG4标准,图像清晰度高,不会出现图像马赛克现象.?监控系统

13、与辅机控制?周建宅等嵌入式视频监控系统在溪口蓄能电站的应用253.6嵌入式技术稳定性高系统采用先进的具有嵌入式操作系统的Vlinker2000视频服务器,该设备采用RISC芯片,视频处理速度快,CPU主频达3.0GHz,稳定性极高,平均无故障时间(MTBF)大于100000小时.该设备有自动恢复功能,当前端发生掉电后,可自动启动再恢复,自动再连接到系统,无需人工维护.3.7采用组播方式,节省带宽资源在广域带宽有限的环境下,采用组播传输方式,访问视频服务器的用户增加,不会增加网络传输的数据量.3.8操作简便操作界面全部为中文可视化界面,用户可根据清晰的中文功能提示,实现全部的监控操作.用户在实时

14、监控过程中,可利用鼠标点击PTZ控制面板的上,下,左,右控制键对摄像机进行控制,同时可调节摄像机的光圈,聚焦及图像大小缩放.操作界面直观,与用户的亲和力强,使用者无需专门培训.3.9远程系统维护和系统管理Vlinker2000视频服务器提供远程TELNET访问功能,管理员不必到达设备现场,就可修改设备的各项参数,提高了设备维护效率.同时,管理员可远程增加,删除,修改用户,监控地点,用户的控制权限,录像时间和报警等信息.3.10设备简单.便于施工通过使用Vlinker2000视频服务器和KB一5600nDVR远程监控系统,极大地简化了监控系统中可能涉及的设备种类和数量,它完全取代了模拟监控系统中

15、的视频矩阵,切换器,画面分割器,字符叠加器等需要配合使用才能实现的功能,不仅减少了调试设备的施工周期,同时较少设备的使用,可提高整体系统的稳定性和可靠性,减少日后维护设备的难度.3.11良好的可扩展性系统前端采用模块化的Vlinker2000视频服务器,当系统扩充时,只需要扩充视频压缩模块即可.在监控中心,管理人员只需要将增加的监控现场加入监控地点组态,这样就完成了全部的系统升级工作.本系统不限制用户访问数量,用户可利用客户端软件,使用办公微机随时随地监控现场环境.3.12防病毒侵入系统前端设备采用嵌入式技术,操作系统及软件固化在芯片之中,不易受目前网络中爆发病毒的侵害.3.13其他功能具有视

16、频和音频输入,输出,开关量输入,输出,串口输入(可接收现场模拟量数据)功能,具有视频移动报警录像功能,视频移动报警并自动弹出报警画面,视频图像循环切换显示,联动控制和数据报表功能,以及设定值越限报警,画面定位功能等.4溪口视频监控系统组成及主要设备性能溪口蓄能电站采用第三代基于嵌入式视频服务器的视频监控系统.该系统根据组网方式可分为监控前端设备,通信网络,监控中心三个主要部分.其系统结构示意图如图1所示.4.1监控前端前端监控点设备包括:视频服务器(Vlinker2000),高速球机(或:云台+云台解码器+摄像262006年6月水电厂自动化第2期总第107期图1溪口电站数字视频监控系统结构图机

17、),红外探头,拾音器,警报器,射灯,机柜(针对室外监控点,将视频服务器,云台解码,电源等统一安装在里面)等组成.主要完成图像的采集,编码和传输,摄像机的控制和报警的输入偷出工作.4.2通信网络由集线器或交换机(HUB/SWITCH),路由器(Router),光端机,光纤及网络连接线等网络连接设备组成.溪口电站局域网络主干网为千兆以太网,宁波中宁大厦与溪口电站现场通过租用通信公司的裸光纤,并配置CISCO的GBIC模块(WSG5487,该模块传输距离可达70krn)组成了跨越溪口,宁波两地的公司内部局域网.4.3监控中心电厂监控中心,主要由图像监控中心服务器,图像存储系统,监控客户终端等组成.主

18、要完成现场图像接收,用户登录管理,优先权的分配,控制信号的协调,图像的实时监控,录像的存储,检索,回放,备份,恢复等.监控中心设备包括:服务器(安装服务器端软件),大屏幕投影仪,监控工作站(用于系统管理和配置,或连接投影仪).监控工作站(客户端)设备是普通PC电脑,安装客户端软件,电脑的配置要求由同时观看监视点的数量而定.监控工作站(客户端)的设备是1台普通PC电脑,只要安装客户端监控软件即可实现监控.电脑的配置越高,同时监控的图像数量就越多,操控实时性也越好.任何1台办公自动化电脑只要连接在溪口电站或宁波中宁大厦的局域网上,即可作为监控工作站.4.4溪口电站监视点分布情况溪口电站根据生产过程

19、的要求,共设置了20个监控点,对监控中心网络距离较远的上,下库闸门,黑启动机组厂房等监控点采用了光纤传输,并由光端机将视频信号和控制信号传送到局域网上.电站监视点分布情况如表1所示.4.5溪口电站视频监控系统主要设备性能溪口电站根据对监控点的不同需要,选择了不同的摄像机和镜头.厂区和中控室两监视点为电站动态和运作的中心,视野范围比较大,因而采用了快速球机;开关柜视野范围比较小,采用了固定摄像机;其余均采用了彩色一体摄像机及云台,护罩等.快速球机选用日本CBC公司原装高清晰度彩色一体球机,分辨率50DB,解像度480线,光学22倍,电子8倍放大,再配上日本原装C0u镜头,其特点是图像清晰,观察范

20、围广,移动速度快,并具有16个预置监控位置.?监控系统与辅机控制?周建宅等嵌入式视频监控系统在溪口蓄能电站的应用27表1电站监视点分布情况序号监控点摄像机序号监控点摄像机1厂区总貌高清晰彩色一体快球11仓库,油库彩色一体机+球型云台2中控室高清晰彩色一体快球12开关站1彩色一体机+球型云台3上库闸门彩色一体机+球型云台13开关站2彩色一体机+球型云台4下库闸门彩色一体机+球型云台14厂变室彩色一体机+球型云台5黑启动机组彩色一体机十球型云台151机开关柜彩色固定机6球阀室彩色一体机+球型云台162机开关柜彩色固定机71水机室彩色一体机+球型云台17SFC开关柜彩色固定机82水机室彩色一体机+球型云台18办公楼正门彩色一体机+球型云台9发电机层彩色一体机+球型云台19办公楼后门彩色一体机+球型云台10安装间彩色一体机+球型云台20下库警卫室彩色一体机+球型云台彩色一体机选用日本NPE和天津三星彩色摄像机,分辨率50DB,解像度480线,光学22倍,电子8倍放大,对中,近距离视野范围内的观察要求全能满足.云台及解码器选用天津佳杰生产的JLQ1209WA型产品,旋转速度水平12./S1.,垂直12.,旋转角度水平0.356.,