電廠視頻監控系統與計算機監控系統的聯動實現

國網電力科學研究院 余 昇 唐棟君

1.引言

視頻監控系統如今已經廣泛應用于交通、公安、金融證券、電信、電力等各個行業[2]。而現今電力行業中的視頻監控系統往往只能達到調閱視頻、控制、系統設備告警等功能。越來越不能滿足視頻監控系統用戶對電力生產安全狀況進行及時掌握的需求。所以研究并實現一種適用于智能水電廠視頻監控系統與計算機監控系統的聯動技術十分必要。

2.水電廠視頻監控系統簡介

在水利水電領域，水電廠是一種生產型的企業，電廠的一切設備都是服務于生產。視頻監控系統也一樣，其主要的目標也在于輔助安全生產，其目標是監視電廠各設備的運行狀態，以減輕現場人員的勞動量和勞動強度，及時發現各種危險狀況，制止事故的發生，且隨著我國許多水電站及變電站實現了“無人值班、少人值守”的運行管理模式，在較少運行人員的情況下，為有效地保障電站安全可靠的運行，運行管理人員借助計算機監控系統進行水利水電工程內設備監視控制的同時能夠觀看遠方穩定而且清晰的現場圖像信息的愿望更為迫切。所以，大部分水電廠已經完成視頻監控系統的建設。

然而，由于受視頻監控技術發展的影響，許多水電廠仍然采用數模結合系統結構，以模擬視頻切換矩陣、數字硬盤錄像機為核心，前端視頻圖像采集主要采用模擬攝像機。目前已建設完成的視頻監控系統功能相對單一，僅實現了水電站視頻圖像觀看、云臺控制和基本的報警功能聯動，不能接入火災報警系統、智能門禁系統、電子巡檢、在線監測、綜合自動化及其它計算機監控系統，限制了視頻監控系統的橫向互聯功能，已經無法滿足未來水電廠數字化、智能化的總體發展趨勢。所以，建設一套能與計算機監控系統進行數字化聯動的視頻監控系統顯得十分重要。

3.視頻監控系統遠端聯動技術

視頻監控系統可以與水電廠計算機監控系統進行聯動，即計算機監控系統產生告警信號時，通過接口傳給視頻監控系統數據接入服務，服務將數據轉換為符合系統內部協議的信令傳送給視頻監控系統中心管理服務進行處理。數據聯動原理如圖1所示。

系統聯動流程包括告警數據傳輸、回復確認、告警數據接入、數據處理、聯動動作產生幾個過程：

(1)告警數據傳輸

告警數據指計算機監控系統產生的告警事件，以標準通信協議的形式傳輸給視頻監控系統。若告警事件被成功接收，則回復成功消息給計算機監控系統。

(2)告警數據接入

視頻監控系統具有獨立告警聯動模塊，用于接入計算機監控系統，接收其產生的聯動信號，如機組開機、關機、刀閘開、合等信息。

(3)數據處理

視頻監控系統用戶對指定告警進行聯動配置，當產生告警時，系統通過讀取配置判斷該條告警需要進行的聯動類型，例如彈出視頻、進行錄像、調用攝像機預置位等。

(4)產生聯動

通過一系列信令交互及視頻流傳輸，視頻監控系統將執行告警事件對應的聯動動作。例如將告警視頻在展現界面中播放，調用相應預置位，或將告警事件對應攝像機進行錄像，以備后期可查。

圖1 系統聯動架構

圖2 視頻系統告警接入模塊設計

圖3 系統聯動流程設計

圖4 告警相關畫面顯示

4.視頻監控系統接入模塊設計

視頻監控系統可以與計算機監控系統進行聯動，即水電廠計算機監控系統產生告警信號時，通過接口傳給視頻監控系統告警接入服務，服務將數據轉換為符合系統內部協議的信令傳送給中心管理服務進行處理。

4.1 模塊主要功能

●將計算機監控系統的告警信息轉換為符合視頻監控系統內部協議的數據報文。

●實時監聽計算機監控系統告警信息。

4.2 模塊架構

圖2為視頻系統告警接入模塊設計。

●應用層：主要是協議轉換模塊、實時監聽模塊；

●控制層：實現對整個服務模塊的框架構建，對其他所有模塊進行協調管理，由主控制模塊構成；

●通信層：有串口通信模塊組成，在模塊中起到串口數據的收發作用。

5.聯動流程設計

針對告警聯動，設計出一套簡潔、完整、實用且穩定的信令流程，如圖3所示。

告警觸發及聯動流程如上圖所示，其中：

●告警事件通知。計算機監控系統通過自定義協議，將告警事件通知視頻監控系統接入模塊，數據包括電廠號、事件編號、事件描述信息。

●告警事件確認視頻監控系統成功接收并解析告警事件通知后，給計算機監控系統發送確認信息，告知計算機監控系統告警通知已被成功接收。

●告警事件通知。視頻監控系統接入模塊通過查找數據庫，對事件ID與聯動攝像機ID進行比對，將聯動攝像機ID、預置位ID信息傳送給中心管理模塊進行聯動處理。

●告警聯動通知。視頻監控系統中心管理模塊接收到告警聯動通知報文后，確定彈出告警視頻、調用預置位、錄像等聯動行為組合，并將彈出告警視頻通知應用客戶端。同時，中心管理服務調用相應攝像機預置位，并進行相關錄像指令的發送。

●告警聯動確認應用客戶端收到告警聯動通知后，發送回執信息確認信息的接收，同時進行相應攝像機的視頻請求。在展現頁面指定窗口上將彈出告警視頻畫面。

6.聯動協議設計

為了使信息和數據能夠在兩系統之間可靠、高效的傳輸，必須制定一套穩定、可靠、高效的傳輸協議。在MODBUS協議的基礎上，結合系統特征，做了相應修改和創新。以下是傳輸協議數據結構及報文定義。

字段定義 站地址 數據 校驗碼(CRC16)字段長度 1 byte N byte 2 byte

(1)站地址(占1字節)

每個站代表一套視頻監控系統，均需規定一個唯一的站地址，即唯一標識視頻監控系統的站地址。只有被尋址到的站才能響應包含該站地址的詢問。當視頻監控系統應答計算機監控系統時，應告訴計算機監控系統是哪一個站進行通訊。

(2)數據

標識廠號、告警事件號、事件描述信息，其結構如下所示：

總廠號（高位）總廠號（低位）攝像頭號（高位）攝像頭號（低位）

(3)校驗碼(占2字節)

RTU傳送方式只能用循環冗余校驗(CRC)。

循環碼形成方法：將報文F(X)乘以X16(左移16位)，再用發生多項式(G(X)=X16+X15+X2+1)來除，得16位余數R(X)，將余數R(X)附在報文F(X)后，就得到包含CRC16校驗碼的發送的報文，也就是循環碼。接收端在收到包含CRC16校驗碼的報文后，用同樣的發生多項式G(X)=X16+X15+X2+1(18005H)來除，如果通訊無錯，則所得的余數應為“0”。

進行串行傳送數據的設備，總是先發送每個字符的最低有效位(LSB)，但在生成CRC時，發送的第一位卻是最高有效位(MSB)，由于在運算時不考慮進位，在計算CRC時假設MSB位于最右端，發生多項式(18005H)的位次序可以顛倒過來，又由于發生多項式的最高有效位只影響商數而不影響余數，這樣發生多項式(18005H)就變為A001H。CRC16校驗碼可以用“異或”和“移位”代替除法運算得到。

為保證傳輸質量，該協議滿足以下原則：工業電視系統側收到報文后，進行CRC校驗，若報文正確，發送跟收到相同的報文作為回應；否則，不回應；

集控側若沒收到回應，該條報文將連續發送三次；

集控側若沒收到回應的次數超過某值N_MAX后，將報“集控側與工業電視通訊故障”。

7.聯動效果展現

系統聯動效果展現在視頻監控系統應用客戶端中，系統接收到告警信息后，可彈出相關視頻畫面，以下截取了視頻聯動技術在某水電廠的應用，其中告警聯動畫面如圖4所示。

8.結束語

本文首先對水電廠視頻監控系統做了簡單介紹，其次通過模塊設計、業務流程設計、消息內容設計幾個層面詳細闡述了視頻監控系統與電廠計算機監控系統對接及聯動的實現。該技術已經成功運行于生產環境，運行穩定。下一步的研究主要集中在視頻系統與電廠多系統對接及聯動的實現上。

[1]賈嶸,薛惠峰.水電廠閘門群計算機監控系統[J].計算機工程,2001,27(5):81-83.

[2]江潮,蘇祥芳.基于網絡的數字視頻監控系統[J].武漢大學學報(自然科學版),2003,46(5):608-612.

[3]樓劍,虞露.新一代的視頻編解碼標準-H.264[J].當代通信,2003(5):29-32.

[4]高會生.圖像監控系統與SCADA系統互聯實踐[J].電力系統自動化,2005,29(6):34-36.

[5]張喜平.變電站遠程圖像監控系統建設經驗[J].電力系統自動化,2005,29(16):97-99.

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