1、勝利油田臨時變電站智能視頻監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計方案目錄一、系統(tǒng)概述1二、系統(tǒng)設(shè)計原則1三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及安裝方式2四、控制主機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)44.1 電源管理模塊設(shè)計44.2 終端模塊44.2.1 終端模塊的組成54.2.2 終端模塊的工作原理54.2.3 終端模塊的結(jié)構(gòu)64.2.4 主要功能模塊原理6五、視頻網(wǎng)絡(luò)無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)95.1 基于無線網(wǎng)橋的視頻傳輸105.2 關(guān)鍵性設(shè)備的性能特點11一、 系統(tǒng)概述變電站報警系統(tǒng)是電力安防系統(tǒng)的一個重要部分，采用無線網(wǎng)絡(luò)遠程遙控技術(shù)，由微機后臺軟件進行管理。在整個系統(tǒng)的使用過程中，各端發(fā)生警情后，終端探頭探測到非法入侵或緊急求助等情況時，用戶可以通過后臺監(jiān)控

2、軟件查實當前數(shù)據(jù)，并可通過后臺視頻軟件直接查看現(xiàn)場情況，詳細了解警情發(fā)生的地理位置、布置情況等，記錄、存儲現(xiàn)場視頻資料，為用戶贏得充分時間并提供重要的現(xiàn)場視頻證據(jù)。此項目立足于勝利油田變電站現(xiàn)場，屬于野外臨時變電站視頻監(jiān)控項目。具體現(xiàn)場工作情況如圖1-1所示：35KV的三相電壓通過三個閘刀進入變壓器變壓后，通過另外三個閘刀輸出6KV的電壓。監(jiān)控現(xiàn)場主要預(yù)防變壓器油是否被盜??；三相電壓的輸入和輸出閘刀是否正常等工作。圖1-1 現(xiàn)場工作模擬圖二、 系統(tǒng)設(shè)計原則A. 實用性原則系統(tǒng)采用成熟的先進技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，采用無線網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)控，并進行遠程遙控。B. 可靠性原則主機選材均考慮工業(yè)級

3、產(chǎn)品，保證控制器野外工作的穩(wěn)定性和可靠性；其他元器件采用成熟技術(shù)產(chǎn)品，不與控制器配合使用，避免系統(tǒng)進行交叉，不會因為其他系統(tǒng)問題導(dǎo)致控制器癱瘓。C. 高性價比原則選擇功能齊全、價格適中，產(chǎn)品性能穩(wěn)定、可靠、售后服務(wù)低，不容易引起干擾的產(chǎn)品。三、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及安裝方式本系統(tǒng)由主機、視頻采集模塊（攝像機+云臺）、視頻發(fā)送模塊（無線網(wǎng)橋）、監(jiān)控數(shù)據(jù)后臺軟件和視頻后臺軟件五個部分組成。主機采用不銹鋼矩形機箱，主要包括：電源模塊、終端模塊、集線器模塊、視頻編碼器以及防雷模塊。主機外形尺寸如圖3-1所示。終端模塊采用油井監(jiān)控終端的部分模塊，主要包括：電源管理模塊、中央處理器模塊、交流模擬量綜合模塊等。視

4、頻采集模塊以及視頻無線發(fā)送模塊采用了南京智達康的帶云臺一體化球機和ZA-5000-I無線網(wǎng)橋。主機、攝像機以及無線網(wǎng)橋均安裝在被監(jiān)控電力線的水泥桿上，電力線或變壓器一旦被盜、三相斷線或停電，主機立即探知并以無線網(wǎng)橋無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送報警信息給終端監(jiān)控軟件通知用戶，后臺軟件接受并顯示存儲報警信息，根據(jù)信息判斷可能出現(xiàn)的故障線路，用戶可通過后臺視頻軟件實時觀察現(xiàn)場可能的線路情況，并派相關(guān)人員到現(xiàn)場查驗情況，處理相關(guān)問題。系統(tǒng)現(xiàn)場工作如圖3-2所示。圖3-1 主機機箱尺寸圖圖3-2 系統(tǒng)模擬現(xiàn)場工作圖四、 控制主機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主機主要包括：電源模塊、終端模塊、集線器模塊、視頻編碼器以及防雷模塊。終端模塊

5、采用油井監(jiān)控終端的部分模塊，主要包括：電源管理模塊、中央處理器模塊、交流模擬量綜合模塊等。主機設(shè)計框圖如圖4-1所示。 圖4-1 主機系統(tǒng)設(shè)計框圖4.1 電源管理模塊設(shè)計電源模塊提供現(xiàn)場所有設(shè)備的供電需要，自動化部通過PT變換給出220VAC直接提供給終端模塊。終端電源板把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換為三路直流電壓，一路24V向外輸出、一路24V和1路5V向內(nèi)供給總線板。電源管理模塊還需進行二次變壓處理給出交流24V供給云臺電源。4.2 終端模塊終端模塊采用的油井監(jiān)控終端的部分模塊（一塊電源板、一塊CPU板、兩塊交流模擬量綜合板），完成300KV的三相電壓、6KV的三相電壓、流的采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過

6、CPU板以太網(wǎng)的方式傳輸給集線器，集線器通過無線網(wǎng)橋傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控軟件，進行實施數(shù)據(jù)的監(jiān)控。4.2.1 終端模塊的組成終端模塊由4個基本模塊以及其底層應(yīng)用軟件組成，4個基本模塊分別為：電源模塊、CPU模塊、2個交流模擬量采集模塊。如圖4-2所示。圖4-2 終端模塊組成框圖4.2.2 終端模塊的工作原理終端是一個模塊化的分布式功能板集中控制裝置。所謂分布式控制是指除電源模塊以外的全部功能板均有自己的CPU或控制器，所謂集中控制是指主控制板CPU承擔(dān)中斷的任務(wù)管理和調(diào)度，負責(zé)協(xié)調(diào)其它功能模塊的工作，包括參數(shù)設(shè)置、任務(wù)分配、狀態(tài)監(jiān)測、應(yīng)用組態(tài)、告警信息集中和上傳等。在中斷應(yīng)用中只有主控板模塊可以通過

7、網(wǎng)絡(luò)和上位機系統(tǒng)通信，接收上位機的命令和發(fā)送下位機的數(shù)據(jù)和告警信息。主控板除了完成整個裝置的通信、管理任務(wù)以外，還承擔(dān)終端跨總線的信息交換，特別是多個局域網(wǎng)構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)，主控板承擔(dān)網(wǎng)關(guān)的作用。在這里，主控板主要是以以太網(wǎng)的形式將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)橋的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控后臺軟件上，便于實施監(jiān)測現(xiàn)場三相電壓和三相電流的數(shù)據(jù)。除主控板以外的功能模塊，針對各自任務(wù)對象實施監(jiān)控和管理。這樣做的好處是，應(yīng)用系統(tǒng)組織起來比較靈活，模塊化產(chǎn)品便于生產(chǎn)和維護，便于產(chǎn)品功能的升級和更新?lián)Q代。采用功能模塊分布式管理的另一個優(yōu)點是功能模塊的實時性得到提高，模塊設(shè)計靈活性高，主要表現(xiàn)在同種功能模塊的不同性能指標的實現(xiàn)上。這里

8、主要是增加了2塊交流模擬量綜合板，主要是用來對2路三相電壓和2路三相電流的采集。終端主控板和各功能模塊通過機架上的背板進行機械連接，通過CAN現(xiàn)場總線進行通信連接。各功能模塊從機架背板上的電源模塊獲得直流24V電源，并經(jīng)過隔離變換后生成符合各功能供電要求的電源。4.2.3 終端模塊的結(jié)構(gòu)終端的結(jié)構(gòu)分為：機架、背板、功能模塊盒三個部分組成。終端結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-3所示。圖4-3 終端結(jié)構(gòu)示意圖4.2.4 主要功能模塊原理1. 主控板原理及框圖圖4-4 主控板原理框圖從圖4-4可以看出CPU主控板由以下幾部分組成：Ø CPU芯片AT91RM9200，其主要功能是完成油井終端的系統(tǒng)任務(wù)管理

9、和調(diào)度、功能板狀態(tài)檢測、參數(shù)設(shè)置、接收和處理功能板上傳數(shù)據(jù)和告警信息、執(zhí)行以太網(wǎng)通信、串口通信等任務(wù)。Ø 程序存儲器Flash28F640是一個256 Mbits的可重寫“閃存”，屬于只讀存儲器。該器件有16位(bits)數(shù)據(jù)端口，可尋址范圍A0A24，尋址空間為16M地址。實際使用空間8M，如果按照32位ARM指令計算，可以存放4M大小的程序，該程序包括：根據(jù)應(yīng)用需要經(jīng)過裁剪的VxWorks嵌入式操作系統(tǒng)，BSP板級支持包，底層驅(qū)動程序和終端主控板調(diào)度和管理應(yīng)用程序四個部分。Ø 動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器HY57V281620是一個4Banks x 2M x 16bits 的同步DR

10、AM，實際使用中采用2片該動態(tài)存儲器構(gòu)成32位(bits)的數(shù)據(jù)端口，共可存儲8M空間的動態(tài)數(shù)據(jù)。需要說明的是主控板上電后，操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序自動加載到DRAM中運行，實際存放的監(jiān)控過程數(shù)據(jù)空間是用8M空間減去調(diào)入的程序所占用的空間。Ø SD卡可以用來存儲程序，存儲需要保留的監(jiān)控過程數(shù)據(jù)，一段時間的告警信息，包括拍攝的圖片，設(shè)置參數(shù)等需要停電保留的數(shù)據(jù)和設(shè)置信息。目前的SD卡已達到2GB的存儲容量，因而，可以存儲大量信息，為監(jiān)控終端的應(yīng)用增加了程序存儲和信息存儲空間，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性。Ø 看門狗電路，AT91RM9200芯片本身內(nèi)部自帶了一個看門狗電路，為了增強系統(tǒng)軟

11、件的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的自恢復(fù)能力，在系統(tǒng)設(shè)計增加了一個外部看門狗電路。Ø I2C總線存儲芯片24C16的存儲容量為16Kbits，即2K字節(jié)。用于存儲軟硬件版本號，生產(chǎn)批號和生產(chǎn)日期，設(shè)置參數(shù)系統(tǒng)配置，當前終端控制器的輸出狀態(tài)等信息，主要解決終端掉電時的工作狀態(tài)保存，以便來電時恢復(fù)先前的工作參數(shù)和狀態(tài)。Ø 電源部分解決24V到5V的DC/DC變換提供相應(yīng)電路的電源，并將5V進一步轉(zhuǎn)換為3.3V給CPU芯片等提供電源。這部分電路主要要考慮四方面的問題，第一，供電能力，即電源的負載能力。第二，供電電路的隔離。第三，電源的退耦。第四，外部通信驅(qū)動器獨立供電。Ø CP

12、LD是可編程邏輯器件，根據(jù)主控板的需要可以編程設(shè)計成時序電路或組合電路，實際應(yīng)用中是用作地址譯碼器和總線驅(qū)動器，為其它芯片提供片選和控制信號。Ø CAN控制器SJA1000為油井監(jiān)控終端提供各功能模塊的通信接口和CAN通信協(xié)議，實現(xiàn)多主通信功能。需要注意的是通信驅(qū)動部分必須和主控板用光隔離器隔離，以隔絕外部通信鏈路對CPU主控模板的干擾。Ø 以太網(wǎng)控制器DM9161是為了實現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能的控制器芯片。AT91RM9200本身提供一個以太網(wǎng)MAC地址和相應(yīng)的控制器，DM9161和其配合可實現(xiàn)1路網(wǎng)絡(luò)通信。這樣設(shè)計的目的有兩個，第一，提高網(wǎng)絡(luò)通信的安全性，兩路網(wǎng)口互為備份。第

13、二，可以作為簡單的網(wǎng)絡(luò)路由器和其它的專用網(wǎng)絡(luò)連接，提高終端的應(yīng)用范圍。Ø UART串口通信電路，AT91RM9200芯片提供了4個同/異串行通信接口。通過跳線器，可以選擇RS485或RS232串行通信方式，串行通信的接收和發(fā)送端用光電隔離器隔離。該接口可以提供人機交互接口，外部傳感器通信接口和筆記本調(diào)試、檢測或應(yīng)用程序下載接口。Ø LED指示燈和蜂鳴器，提示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通信狀態(tài)和告警狀態(tài)。2. 模擬量采集板原理及框圖圖4-5模擬采集模塊原理框圖從圖4-5可以看出，該模塊主要由DSP控制器，電源，看門狗，帶隔離的內(nèi)部CAN總線收發(fā)器，模擬量輸入、調(diào)理和隔離電路組成。其中，

14、圖中虛線框起來的部分是可選功能。五、 視頻網(wǎng)絡(luò)無線傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視頻圖像的獲取是由視頻采集部分來完成的，采集的視頻可以分成模擬視頻和數(shù)字視頻兩種。圖像的轉(zhuǎn)換和播放是由終端的計算機或者其他嵌入式產(chǎn)品程序完成，屬于對圖像的應(yīng)用范疇。很顯然，視頻的采集與對視頻展開的應(yīng)用常常不是在同一個地方完成的，因此存在一個通信過程：負責(zé)將前端采集的模擬或者數(shù)字視頻進行有效、可靠地傳輸。本系統(tǒng)實現(xiàn)視頻圖像通信是利用無線網(wǎng)橋的方式以完成遠程無線視頻傳輸。5.1 基于無線網(wǎng)橋的視頻傳輸無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)遠程視頻傳輸是一個比較成熟穩(wěn)定的技術(shù)，系統(tǒng)主要分為四個部分：視頻采集端、視頻發(fā)送模塊、服務(wù)器端，用戶終端后臺軟件。視頻采集端主

15、要是云臺攝像機進行視頻的采集，云臺與無線網(wǎng)橋相連接，通過以太網(wǎng)的方式發(fā)送控制信號到后臺視頻軟件顯示，視頻圖像與視頻編碼器相連后，以以太網(wǎng)的方式與無線網(wǎng)橋相連后發(fā)送視頻信號到后臺視頻軟件顯示并可以保存到服務(wù)器中，如圖5-1所示該項目無線網(wǎng)橋網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)拓撲圖。國內(nèi)基于無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓疽卜浅６啵a(chǎn)品成熟穩(wěn)定，可維護性高，應(yīng)用范圍很廣，對于礦產(chǎn)、油田、野外變電站等環(huán)境中都有成功的案例，在防雷/抗雷、防雨/雪等方面都有很好的保證。本項目采用的是南京智達康的帶云臺的一體化球機以及54Mbps戶外點對點,點對多點,天線一體化無線網(wǎng)橋。具體設(shè)備型號見表5-1所示。圖5-1 變電站無線網(wǎng)橋網(wǎng)

16、絡(luò)視頻傳輸系統(tǒng)拓撲圖注：虛線為自動化部高壓取電部分，屬于主機外部設(shè)備表5-1 南京智達康購買設(shè)備列表產(chǎn)品型號產(chǎn)品名稱及規(guī)格Z-6100-T單路D1視頻服務(wù)器Z-VC9018DN一體化高速球型攝像機（18倍變焦）ZA-5000-VI54Mbps戶外點對點,點對多點,天線一體化無線網(wǎng)橋（內(nèi)置23dBi天線）5.2 關(guān)鍵性設(shè)備的性能特點1. Z-6100-T單路D1視頻服務(wù)器Z-6100-T是一款通用型應(yīng)用的高性價比高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控產(chǎn)品。Z-6100-T采用高性能的DSP作為MPEG/H.264編碼核心，并加入自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)化算法，可在低碼率下獲得高清晰的監(jiān)控圖像。主要功能特點如下：Ø

17、采用MPEG/H.264編碼技術(shù)，提供高分辨率D1畫質(zhì)；Ø 采用智達康自有知識產(chǎn)權(quán)的壓縮算法，保證用戶在低帶寬條件下獲得高清監(jiān)控畫面；Ø 采用高性能DSP作為編碼核心，并內(nèi)置硬件看門狗，保證設(shè)備長時間穩(wěn)定工作；Ø 提供雙向語音接口，可保留更多現(xiàn)場信息；Ø 內(nèi)置嵌入式WEB服務(wù)器，可通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器直接瀏覽監(jiān)控畫面；Ø 超小型設(shè)計，通用型應(yīng)用產(chǎn)品。2. ZA-5000-VI IEEE 802.11a 54Mbps室外無線網(wǎng)橋ZA-5000-VI 室外無線網(wǎng)橋工作在5GHz 頻段，采用OFDM(正交頻分復(fù)用)技術(shù)，具有速率高、距離遠等優(yōu)點，為電信運營

18、商、ISP 及行業(yè)用戶提供了強有力的解決方案，使客戶可以在短時間內(nèi)低成本地架設(shè)“最后X 公里”的寬帶接入系統(tǒng)。戶外一體化的設(shè)計(內(nèi)置23dBi 平板天線)更便于安裝。主要功能特點如表5-2所示。表5-2 ZA-5000-VI室外無線網(wǎng)橋特性表基本特點描述室外無線網(wǎng)橋支持標準IEEE 802.11a IEEE 802.3u IEEE 802.3af支持的協(xié)議TCP/IP IPX NetBEUI速率選擇Best / 54 / 48 / 36 / 24 / 18 / 12 / 9 / 6 Mbps看門狗支持功率可調(diào)支持連接測試功能支持無線客戶端連接顯示支持功能特點AP 模式支持橋接模式點對點、點對多點、中繼WDSAP橋接生成樹協(xié)議支持查找IP 地址Yes路由功能支持Any IP支持DHCPDHCP Server、DHCP ClientSuper A支持點對多點8 個Smart WDSWDS 組ID