石化企業(yè)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及研究

谷越

（中海石油中捷石化有限公司，河北 滄州 061101）

0 引言

目前我國石化行業(yè)處于高質(zhì)量發(fā)展階段，隨著石油化工生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝、新管理模式不斷應(yīng)用，企業(yè)也向著大規(guī)模方向發(fā)展，因此對(duì)監(jiān)控平臺(tái)的要求也更嚴(yán)、更高，工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)。本文針對(duì)石化企業(yè)工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了全面網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，消除原有平臺(tái)隱患，整合新老廠區(qū)監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全廠監(jiān)控平臺(tái)統(tǒng)一管理[1]。

1 原監(jiān)控平臺(tái)現(xiàn)狀分析

企業(yè)原有工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)分布于新廠與老廠，并獨(dú)立運(yùn)行，新廠區(qū)電視監(jiān)視系統(tǒng)于2016年安裝投入使用，全廠工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)包括重大危險(xiǎn)源監(jiān)控、所有生產(chǎn)車間監(jiān)控、高溫內(nèi)窺監(jiān)控、周界安防監(jiān)控等內(nèi)容。系統(tǒng)為全數(shù)字高清攝像機(jī)，統(tǒng)一管理，統(tǒng)一存儲(chǔ)，系統(tǒng)在裝置區(qū)及圍墻、操作室、營業(yè)室共安裝有141路各類高清攝像機(jī)，在中控室樓內(nèi)設(shè)有集中存儲(chǔ)的磁盤陣列以及視頻監(jiān)控綜合管理平臺(tái)，中心控制室和各分控中心均使用監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)本管轄區(qū)域的攝像機(jī)的調(diào)用功能。老廠區(qū)和新廠區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行模式不同，老廠區(qū)目前基于獨(dú)立運(yùn)行的監(jiān)控系統(tǒng)，每套監(jiān)控系統(tǒng)均在控制室內(nèi)本地的監(jiān)視及控制、錄制及錄像調(diào)用。老廠區(qū)在用攝像機(jī)約280臺(tái)，各監(jiān)控設(shè)備最早安裝時(shí)間為2006年，模擬系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)混雜，且各裝置單獨(dú)存儲(chǔ)，無法實(shí)現(xiàn)集中控制、管理。同時(shí)老廠監(jiān)控系統(tǒng)清晰度不高，設(shè)備老化，故障較多，各個(gè)運(yùn)行部分只能各自在其管理的控制室安裝模擬硬盤錄像機(jī)，用于控制和錄制運(yùn)行部轄區(qū)內(nèi)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，無法實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)互傳。調(diào)度室、門衛(wèi)室、中控室等重要位置無法調(diào)用各裝置圖像，監(jiān)控系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷，給安全生產(chǎn)帶來很大隱患[2]。

中心控制室于2019年檢修過程中完成1#中控室改造項(xiàng)目，DCS、SIS、CCS系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)中心控制。而監(jiān)控系統(tǒng)則分區(qū)域、分裝置配置控制站節(jié)點(diǎn)監(jiān)控，存在問題：一是缺少重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)控視頻解碼上墻功能，無拼接大屏顯示終端，區(qū)域監(jiān)控管理過于分散，存在一定隱患。拼接大屏是公司監(jiān)控平臺(tái)智能一體化核心設(shè)備，對(duì)未來安防、火災(zāi)報(bào)警、門禁等系統(tǒng)的整合提供先進(jìn)接口技術(shù)，必須在改造項(xiàng)目中實(shí)施。二是全廠監(jiān)控系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)最高層核心端控制統(tǒng)一調(diào)用。經(jīng)過全面技術(shù)交流，充分掌握國內(nèi)主流設(shè)備技術(shù)參數(shù)，同時(shí)對(duì)附近石化企業(yè)實(shí)地考察，最終確定符合中控室整體布局的設(shè)備規(guī)格參數(shù)及完善詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 方案。

2 新老廠區(qū)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)整合方案設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)了三層結(jié)構(gòu)，用于電視監(jiān)視系統(tǒng)的局域網(wǎng)系統(tǒng)采用專用萬兆監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)采用基于IP應(yīng)用的工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由核心層、匯聚層和接入層三級(jí)構(gòu)架組成。這樣可以有效降低核心交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，便于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的后期改造。

以老廠區(qū)儲(chǔ)運(yùn)機(jī)柜間為匯聚層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（儲(chǔ)運(yùn)單元機(jī)柜室增設(shè)核心萬兆交換機(jī)與新廠區(qū)核心層網(wǎng)絡(luò)通信，代替原千兆交換機(jī)網(wǎng)卡，以滿足兩個(gè)廠區(qū)大負(fù)荷視頻流數(shù)據(jù)交換），老廠區(qū)各裝置管線分別接入儲(chǔ)運(yùn)單元控制室，以便于接收從新廠區(qū)中控室機(jī)房的直達(dá)信號(hào)，穩(wěn)定可靠，位于新老廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)的中間段，可以同時(shí)兼顧到新廠區(qū)，一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，仍可保證調(diào)用正常區(qū)域圖像，不至于處于局部網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)造成整個(gè)平臺(tái)癱瘓[3]。

老廠區(qū)各個(gè)機(jī)柜室增設(shè)千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)作為接入層節(jié)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)分布的各攝像機(jī)通過硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)管理與控制，這樣有效節(jié)省了平臺(tái)內(nèi)IP通道占用，同時(shí)節(jié)省了存儲(chǔ)空間，減少磁盤陣列負(fù)荷，也就較少了系統(tǒng)整合改造的投資成本。

監(jiān)控平臺(tái)設(shè)備主要覆蓋新廠區(qū)及老廠區(qū)兩個(gè)區(qū)域。新廠區(qū)包括中心控制室、循環(huán)水場(chǎng)變電所、火炬及氣柜變電所、250萬噸/年重交瀝青裝置、60萬噸/年汽油加氫脫硫裝置、80萬噸/年柴油加氫精制裝置、60萬噸/年芳構(gòu)化裝置、空分空壓站、儲(chǔ)運(yùn)單元、原油卸車場(chǎng)及營業(yè)室、汽車裝卸站及營業(yè)室；老廠區(qū)包括 5萬噸/年MTBE裝置、8萬噸/年聚丙烯裝置、老廠區(qū)儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū)、25萬噸/年氣分裝置、3萬噸/年甲乙酮裝置、50萬噸/年催化裝置、120萬噸/年催化裝置、350萬噸/年重交瀝青裝置、200t/h污水處理、5000噸/年硫磺、30萬噸/年柴油加氫裝置。針對(duì)上述分布區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布局。

2.2 綜合平臺(tái)升級(jí)方案

視頻管理服務(wù)器采取雙機(jī)熱備方案，采用一主一備的方式，當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生掉電、網(wǎng)絡(luò)故障等問題，可自動(dòng)轉(zhuǎn)為備用服務(wù)器工作，且無延時(shí)、無停頓，主、備服務(wù)器均應(yīng)具有自愈能力。通過軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)錄像服務(wù)器及虛擬矩陣控制器的管理及配置。通過圖形化網(wǎng)絡(luò)管理軟件對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和連接在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行診斷、設(shè)置和管理。

視頻管理平臺(tái)通道擴(kuò)容升級(jí)，建立統(tǒng)一的集中監(jiān)控中心及后臺(tái)存儲(chǔ)，對(duì)原有新廠區(qū)已有監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)增加硬件設(shè)備和軟件路數(shù)授權(quán)。擴(kuò)容和改造后，新廠區(qū)監(jiān)控中心將成為整個(gè)新老廠區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的總控制中心，新監(jiān)控中心原有的視頻綜合管理平臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器有200路視頻接入授權(quán)，已使用141路，剩余59路。老廠區(qū)并網(wǎng)監(jiān)控點(diǎn)位約280路。本次升級(jí)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行500路視頻接入授權(quán)，如圖1。

老廠區(qū)儲(chǔ)運(yùn)控制室增設(shè)磁盤陣列CVR，滿配36塊4T監(jiān)控工業(yè)硬盤，采用RAID5模式，局部熱備，多重?cái)?shù)據(jù)安全保護(hù)。實(shí)現(xiàn)新增攝像機(jī)不低于30天、1080P格式不間斷錄制。這樣最大程度分擔(dān)了新廠區(qū)CVR存儲(chǔ)故障風(fēng)險(xiǎn)，即“集中管理，分散存儲(chǔ)”。磁盤陣列實(shí)現(xiàn)智能補(bǔ)錄（ANR）、錄像丟失檢測(cè)報(bào)警，可確保網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)錄像數(shù)據(jù)的完整性，并具備自我監(jiān)測(cè)及異常修復(fù)，可確保配置信息異常時(shí)數(shù)據(jù)不丟失、業(yè)務(wù)不中斷，支持存儲(chǔ)設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)備份和設(shè)備間異地?cái)?shù)據(jù)備份，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的安全可靠性。該方案同時(shí)保留了老廠區(qū)現(xiàn)場(chǎng)各機(jī)柜間內(nèi)硬盤錄像機(jī)的視頻調(diào)用，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可操作性[4]。

2.3 中心控制室拼接大屏方案

整體拼接屏幕配置55寸，5行7列（共計(jì)35塊）框架施工，逐一安裝單塊拼接屏幕，拼接大屏后配置獨(dú)立電源分配箱，保證解碼矩陣、屏幕獨(dú)立供電，互不影響。裝修工程恢復(fù)后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案實(shí)施，拼接大屏背后配置網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜一臺(tái)，用以架設(shè)解碼矩陣及24口千兆交換機(jī)。大屏主控電腦至解碼矩陣采用2條 HDMI（光纖轉(zhuǎn)換）接口連接，既保證了高清視頻信號(hào)清晰度，又保證了傳輸?shù)娜哂嘈?。解碼矩陣配置18塊視頻解碼模塊，每模塊配置2路HDMI輸出，用于35塊拼接屏幕視頻流并行通訊上墻顯示。18塊模塊獨(dú)立網(wǎng)卡連接千兆交換機(jī)，以減小解碼矩陣碼流負(fù)荷。35塊屏幕以RS232接口串行“手拉手”形式完成所有屏幕的總線通訊控制。編號(hào)為35號(hào)屏幕采用網(wǎng)線連接至交換機(jī)，如圖2。

安裝拼接屏幕驅(qū)動(dòng)程序（MultiLCD- v1.3.3），完成相應(yīng)參數(shù)設(shè)備。為保證解碼模塊、主控電腦對(duì)全廠監(jiān)控系統(tǒng)所有攝像機(jī)的正常訪問，逐一對(duì)其網(wǎng)段進(jìn)行配置。在IE環(huán)境下登陸192.168.1.200，完成解碼矩陣的視頻配置，批量添加全廠監(jiān)控設(shè)備IP地址，分組管理拼接屏幕的組合及拆分顯示正常。

3 平臺(tái)整合后效果綜述

3.1 平臺(tái)功能模塊

保證安全生產(chǎn)是石化企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益的前提，整合后監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)有效實(shí)現(xiàn)全廠統(tǒng)一管理、分散控制，涉及“兩重點(diǎn)一重大”裝置得到全面監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)部署方便、操作簡(jiǎn)便，充分體現(xiàn)監(jiān)控安防管理的效率。平臺(tái)提供了中心管理、日志管理、流媒體服務(wù)、存儲(chǔ)管理、文件備份、移動(dòng)服務(wù)、報(bào)警管理、電視墻大屏幕、網(wǎng)管服務(wù)等服務(wù)，同時(shí)具備設(shè)備抽象模型和外設(shè)接入服務(wù)，可以兼容多廠商、多種類、多協(xié)議的各種異構(gòu)硬件，支持接入第三方視頻設(shè)備、門禁等系統(tǒng)，如圖3。

系統(tǒng)具備了自我診斷功能和較強(qiáng)的容錯(cuò)性，不會(huì)因誤操作等原因?qū)е孪到y(tǒng)出錯(cuò)和崩潰，具有數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能，能自動(dòng)生成系統(tǒng)運(yùn)行日志，供查詢和打印。電視監(jiān)控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)攝像頭、時(shí)間、地點(diǎn)、報(bào)警等信息檢索查詢集中錄像、分級(jí)錄像、分布錄像，并可剪輯、下載、導(dǎo)出。系統(tǒng)還具備自動(dòng)覆蓋過期錄像、存儲(chǔ)空間不足報(bào)警，損壞資料維護(hù)、數(shù)據(jù)同步等功能。存儲(chǔ)管理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存儲(chǔ)大量實(shí)時(shí)數(shù)字圖像的IPSAN設(shè)備進(jìn)行集中管理以及存儲(chǔ)資源的動(dòng)態(tài)分配，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)回放、備份。

整合后的監(jiān)控平臺(tái)優(yōu)勢(shì)在于可快速獲取可視范圍內(nèi)的一切信息，極大提高人力、物力使用效率，達(dá)到了管理工作中宏觀掌控和微觀取證的效果。采用統(tǒng)一的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，使整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)間能互聯(lián)互控，充分發(fā)揮整個(gè)系統(tǒng)的功能[5]。

3.2 技術(shù)管理要求

改造后電視監(jiān)控平臺(tái)的維護(hù)與管理更應(yīng)跟上步伐，建立完整的設(shè)施設(shè)備臺(tái)賬、技術(shù)檔案、管理考核制度、操作流程、責(zé)任制等管理。同時(shí)要制定完整的設(shè)施設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃，嚴(yán)格按計(jì)劃對(duì)各部門的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行季度、年度維護(hù)保養(yǎng)工作。

新老廠區(qū)電視監(jiān)控平臺(tái)整合后前端攝像設(shè)備大幅度增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變大，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的各種設(shè)備來說，由于設(shè)備直接置于有灰塵的環(huán)境中，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生直接的影響，需要重點(diǎn)做好防潮、防塵、防腐的維護(hù)工作，對(duì)容易老化的監(jiān)控設(shè)備部件每年定期進(jìn)行全面檢查，一旦發(fā)現(xiàn)老化現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)更換、維修，如防爆云臺(tái)前段、防爆箱內(nèi)收發(fā)器、顯示器等。防雷的措施主要是要做好設(shè)備接地的防雷接地網(wǎng)，即應(yīng)按等電位體方案做好獨(dú)立的地阻小于1歐姆的綜合接地網(wǎng)。定期對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，主要包括監(jiān)控客戶端軟件、拼接大屏軟件、控制軟件等故障排除及恢復(fù)、病毒防范及消除、硬盤垃圾清理、電腦外設(shè)安裝調(diào)試、系統(tǒng)安裝調(diào)試與維護(hù)、應(yīng)急、系統(tǒng)恢復(fù)及日常維護(hù)。

4 結(jié)論

隨著智能工業(yè)監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)的不斷發(fā)展，石化企業(yè)不斷深化，未來會(huì)融合車輛識(shí)別聯(lián)網(wǎng)、裝置熱成像、人臉抓拍、智能巡檢等強(qiáng)大功能。通過本次電視監(jiān)控系統(tǒng)與拼接大屏整合改造，全廠電視監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)圖像順利解碼上墻，有效反映現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)裝置、重點(diǎn)危險(xiǎn)源真實(shí)情況，解決了監(jiān)控系統(tǒng)布局分散化的弊端，中控室配置了主控操作站，實(shí)現(xiàn)核心端的統(tǒng)一調(diào)用、分配，保證系統(tǒng)集中控制、統(tǒng)一管理，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和安全生產(chǎn)緊密結(jié)合。投用后的平穩(wěn)運(yùn)行驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可靠性以及設(shè)備選型的穩(wěn)定性。本次改造更是公司向智能化、高端化煉廠不斷深化發(fā)展的重要標(biāo)志，同時(shí)也為石化行業(yè)監(jiān)控平臺(tái)的整合、改造提供良好的借鑒。