淺析工業電視系統的設計及應用

程冬梅

摘要：工業電視系統作為工業生產的一種直觀的監測手段，彌補了DCS系統缺乏方便直接觀察上的不足。本文就工業電視系統的組成、設計及應用等進行了分析和闡述。

關鍵詞：工業電視系統；設計；應用

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A

一.引言

隨著數字視頻技術的逐漸成熟和網絡技術的發展，工業電視系統在化工企業的生產管理中得到了廣泛的應用。在生產過程中，工業電視為關鍵區域和設備運行狀況提供了可視手段，不但提高了生產效率，同時實現了安全生產監督可視化管理。

二.工業電視系統的組成

工業電視系統可分為三大部分，前端系統、傳輸系統和中心控制系統。每個監控區域的監控點攝像機通過視頻同軸電纜或光纖等傳送至控制室。由于管理上需要，視頻信號往往通過視頻分配器分配，傳輸到中控室、調度室、領導辦公室。在控制室，視頻經過分配器分配后，一路供控制室本地監看，另一路經過選擇的部分圖像由視頻編碼器進行模數轉換后，通過網絡上傳到生產調度中心。在生產調度中心通過視頻解碼器，將編碼后的視頻圖像還原為模擬信號，最終可傳輸到大屏幕。

1、前端系統

前端設備，一般由攝像機、防護罩、云臺、解碼器等組成。監控點攝像機采集現場圖像數據，然后視頻信號和控制信號搭載傳輸系統直接傳至通過中心控制系統?；蛘邆髦帘O視區域的控制站，而控制站內設有視頻分配器，可對模擬視頻信號進行分配，一路供本地監視，一路供視頻編碼器，再由監視區域控制站內的視頻編碼器進行模數轉換，就近接入語音視頻通信網交換機。

2、傳輸系統

傳輸信號主要有兩種信號，一是視頻信號，二是控制信號。視頻信號是從前端的攝像機到控制中心；而控制信號則是從控制中心流向前端的攝像機、云臺等受控對象。流向前端的控制信號，一般是通過設置在前端的解碼器解碼后再去控制攝像機和云臺等受控對象。

3、中心控制系統

中心控制系統由各種外接I/O設備，如鍵盤、顯示器、視頻解碼器、視頻服務器、畫面分割器以及各種控制設備，如硬盤錄像機、控制臺、矩陣控制主機等組成。中心控制系統負責處理傳輸數據，并對前端設備做出指令和協調控制，實現工業電視監控系統的圖像顯示功能，配置管理服務器、實時監控客戶端等。

三.設計原則

工業電視系統的設計包括設備配置、設備控制及顯示記錄功能，應符合現場防爆等級和防護等級，強調其經濟、實用、安全、可靠。

1、簡單經濟

工業電視的設計應以滿足使用要求為原則，強調其經濟實用和安全可靠，提高工業電視系統的運行效率，減少后期運行維護成本。

2、靈活開放

工業電視系統投入運行后，工廠可能會持續建設，工業電視系統也要隨之發展。工業電視的設計必須對外界條件的變化有較強的適應能力，保證系統的兼容性和可擴展性，使監控系統能夠修改、補充和擴大。

3、安全可靠

系統的設計應建立穩定可靠的結構模式，視頻和控制信號的采集傳輸以可靠性為基本原則，其次工業電視系統的設計還應遵循工業生產區域的防爆等級要求。

四.設備應用和選型

1、 前端設備

攝像機是整個監控系統的核心設備，設備配置和選型時應根據現場環境和用戶需求等具體情況，采取高低端產品相結合的方式，進行分別設置。攝像機的安裝部位應反映監視區域主要的生產活動或者重要物資存放區等。根據《工業電視系統工程設計規范》（GB 50115-2009），工業電視系統攝像機應采用CCD攝像機。CCD攝像機具有體積小、靈敏度高、壽命長的特點。

攝像機的選用和布置原則：

⑴根據安裝方式選擇固定式和旋轉式攝像機；

⑵根據安裝地點選擇不同防護及防爆要求的攝像機；

⑶根據環境光線選擇：最低照度是攝像機的主要技術指標，其反映攝像機在多黑的情況下看到可用的影像。如果光線條件不理想，應盡量選用照度較低的攝像機，以達到好的采集效果。如果沒有光線，就必須添加紅外燈提供照明或具有紅外夜視功能的攝像機。

⑷根據圖像清晰度選擇：分辨率是衡量攝像機優劣的重要參數，工業監視用攝像機的分辨率通常在300~500線之間。

⑸攝像機的其他性能指標

除了上述提到的清晰率和最低照度外，攝像機還有信噪比、寬動態、背光補償、白平衡調節、電子快門調節、同步方式、自動光圈鏡頭的驅動方式等技術指標。

⑹攝像機的外圍配置

攝像機的外配主要有云臺、解碼器、鏡頭和防護罩。云臺、解碼器、鏡頭組合使用可實現對攝像機的旋轉及上下俯仰，鏡頭的控制聚焦、光圈調整及變焦變倍功能。防護罩一般具有防塵、防水、防腐功能，即無論刮風、下雨、下雪、高溫、低溫等惡劣情況，都能使安裝在防護罩內的攝像機正常工作。高低溫、風沙、雨雪場所，室外防護罩通常采用雙重殼體密封結構，內設自動調節溫度、自動除霜裝置等，所具功能可依實際使用環境的氣候條件加以取舍。其次，應用在防爆場所的攝像機，應根據現場防爆區域劃分等級，選擇符合現場防爆的防護罩。

2、傳輸系統

視頻信號和控制信號的信號傳輸主要通過同軸電纜，雙絞線，光纖，其傳輸方式主要分為以下幾種：

⑴視頻同軸基帶傳輸：在這幾種傳輸方式中，這種傳輸是應用最早，用量最大，相對來說最容易的一種傳輸方式。它的傳輸方式是直接傳輸，一根同軸線傳輸一路信號。一般傳輸距離為200-300米。距離再長要加抗干擾器和視頻放大器。缺點是線路太多。

⑵射頻傳輸：將視頻圖像信號經調制器調制到某一射頻頻道上進行傳送，一條傳輸線可以同時傳送多路射頻圖像信號。缺點是需增加調制解調器、混合器等傳輸部件，這些部件會帶來不同程度的信號失真，并且會產生交擾調制與相互調制等干擾信號。

⑶光纜傳輸：通過光端機進行光電轉換和調幅調頻，一根光纖傳輸多路信號，實現幾公里到幾十公里的遠距離傳輸，傳輸衰減最小。但是光纖的遠程鋪設和后期維護難度很大，成本也很高。

⑷雙絞線傳輸

雙絞線傳輸視頻信號是近幾年才興起的技術，雙絞線是100歐的平衡傳輸方式。而目前的攝像機和后端視頻設備一般都是75歐阻抗匹配連接，所以用雙絞線傳輸方式要進行轉換，其傳輸兩端均需要雙絞線視頻傳輸器設備。一對雙絞線可傳輸一路視頻信號。由于雙絞線兩條線纜信號相等方向相反的特性，可有效抑制外部干擾，傳輸距離可達1500米。缺點是衰減較大需要補償。

在選擇傳輸方式時，應根據自己的情況和要求，考慮傳輸距離，對圖像的連續性、圖像的清晰度要求，系統造價，地理條件限制等因素，合理的選擇適合自己要求的方式。

3、 中心控制系統

在設計監控中心時，應結合現場分布特點和設備性能，綜合平衡選擇合適的結構模式。當系統規模較小時，通常配置一臺或多臺硬盤錄像機、顯示器和控制鍵盤就可實現。如果監控點較多，用戶要求較高，也可通過電視墻來實時顯示各監控點的圖像，由矩陣主機對圖像編組后在電視墻上分畫面進行輪流的顯示。中心控制系統主要有以下設備：

①視頻切換器是選擇視頻圖像信號的設備。如果將幾路視頻信號加在它的輸入端，通過對它的控制，可以選擇任何一路視頻信號輸出，使一個監視器能監視多臺攝像機信號。

②視頻分配放大器的功能和作用有兩個：對一路視頻信號根據需要進行處理分配成多路滿足相應的元件設備需求；對視頻信號進行放大。

③多畫面合成器是對多路信號輸入經過處理合成有規則的一路輸出；

④矩陣主機通常應用在用戶要求較高的場合，它是切換和圖像控制處理的中心平臺?？刂魄袚Q主要通過RS485總線通訊協議和控制鍵盤，處理輸入的圖像信號隨機的切換控制輸出。

⑤控制鍵盤：主要是控制切換的操作工具，調節云臺來控制攝像機鏡頭的視角和視野。

⑥硬盤錄像機：硬盤錄像機是一套進行圖像存儲處理硬盤錄像機理的計算機控制系統，具有對圖像/語音進行長時間錄像、錄音、遠程監視和控制的功能，其結合了錄像機、畫面分割器、云臺鏡頭控制、報警控制、網絡傳輸等多種功能集一身，一臺設備就能滿足一般工業電視系統監控中心的應用。

五.工業電視應用中應注意的問題

1、系統中心控制設備的供電電源應設有主電源和備用電源，并根據系統的用電負荷設置配電盤和配電柜。

2、同軸電纜傳輸系統和RS485總線系統通常被認為對電涌電壓特別敏感。對于雷雨頻率高發區，應設置視頻信號、控制信號、電源三合一SPD浪涌保護器，減小雷擊對人身安全及監控設備的影響。防雷設計均應符合現行國家標準《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB 50343和《建筑物防雷設計規范》GB 50057的有關規定。其次，工業電視設備及控制臺、機柜的金屬外殼、線纜的金屬屏蔽層等應接地。

3、爆炸和火災危險環境工業電視線路的設計，應按現行國家標準《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB50058的有關規定執行。

參考文獻

【1】李金伴、李捷輝，“工業電視監控系統培訓教程”，化學工業出版社，2011

【2】羅世偉、 鄒開耀，“視頻監控系統原理及維護”，電子工業出版社，2007

【3】汪光華，“視頻監控系統應用”，中國政法大學出版社，2009