電力載波在工業視頻上的應用

文/趙和凡

電力載波在工業視頻上的應用

文/趙和凡

煤礦井下生產過程復雜，環境惡劣，自然災害多，嚴重影響煤礦生產和人身安全。煤礦井上、井下視頻系統的設置，對安全生產、調度指揮、科學決策提供了直觀、可靠的手段。在工業視頻上利用電力載波傳輸信號，借助電力線實現視頻圖像傳輸，不用單獨布線，安裝方便并且降低了成本，相對于同軸電纜傳輸和光纖傳輸有著極大的便利性，特別適合于在環境惡劣的煤礦井下使用。本文就電力載波通信技術（PLC）的優勢、原理、系統組成和主要特性進行了闡述。

一、電力載波的特點和優勢

傳統工業電視系統的信號傳輸分為同軸電纜傳輸和光纖傳輸兩種方式。由于井下條件限制，圖像數據信息利用同軸電纜傳輸時，只能傳輸模擬信號，在傳輸距離、信息容量、抗電磁干擾及可靠性方面都存在許多不足；光纜傳輸面臨復雜、繁瑣的安裝工作，尤其在井下特殊環境下，光纜熔接更不容易操作，而且維護工作量大，維護需要投入的人力物力成本高。

電力載波通信技術 （PLC）是指利用電力線傳輸數據信號的一種通訊方式。利用電力載波通信技術來實現視頻圖像傳輸，可以直接利用現有的低壓電力線網絡作為傳輸媒介，不用進行額外布線，從而大大減少了網絡投資，降低了成本，而且安裝方便快捷，為各種場合普遍使用網絡視頻監視系統提供了有利的條件，特別適合于在環境惡劣的煤礦井下使用。

二、電力載波原理

電力線載波雙向通信模塊是由調制器、振蕩器、功放、T/R轉向開關、耦合電路、解調器等部分組成的傳輸模塊，其中調制器的載波信號是由振蕩器提供的。如圖1所示。

圖1 電力載波通訊原理圖

在數據發射時，待發信號通過TXD端向外發出，調制器對其進行調制，調制后將信號通過功率放大器進行放大，然后經過轉向開關T/R、耦合電路將信號加載在艦船電力線上，數據接收時，已調信號經過耦合電路、T/R轉向開關傳進解調器，經解調器后恢復原始信號，將該信號通過RXD端發送至下一級數字設備中。

三、礦用直流電力視頻系統功能結構和組成

1.功能結構

礦用直流電力視頻監控管理系統是基于網絡的視頻監控系統，前段基于電力載波通訊技術，后端利用網絡傳輸視頻信號及相應數據，監控中心可以實時查看監控現場情況，結束了監控現場不可實時監督管理的現象。系統由監控系統、監控中心，傳輸網絡組成，再配合相應的軟件平臺。按功能總體可以分為設備接入層、網絡傳輸層、中心管理層和業務處理層。具體如下：

設備接入層。主要指安裝在井上下現場和重點區域位置視頻點，對現場情況實現實時視頻信號采集。

信號傳輸層。通過供電電纜載波通訊方式進行前段信號傳輸，視頻信號傳輸至視頻分站經與井上以連通通訊線路傳至視頻系統后臺顯示或者存儲。

中心管理層。包括接入服務器、管理服務器、數據庫、流媒體服務器、存儲服務器、報警服務器等模塊，為整個系統的運行提供管理支撐。

業務處理層。它是整個系統的最終展示，它提供了對視音頻數據的瀏覽、對各種采集數據的匯總以及處理等功能。

2.系統組成

PLC攝像機作為前端圖像的采集設備和編碼設備，視頻信號通過供電電纜把視頻圖像等傳輸至視頻分站，通過分站將PLC信號轉化成TCP數據，接入就近網絡或直接傳入地面后臺。如圖2所示。

分控中心以網絡硬盤錄像機為核心，組合成一個小型的監控平臺。完成攝像機視頻流的存儲、向中心進行數據的傳送、與報警設備進行聯動，提供給客戶方便、可靠、安全和實用的一套系統。

四、礦用直流電力視頻系統主要特性

礦用直流電力視頻系統從煤礦生產環境的實際需求出發，通過嚴謹的設計，建立起高效、可靠的視頻網絡。管理人員能實時掌握各監控點的動態變化，能隨時記錄、調用有關信息，能進行有針對性的管理。該系統設計方案具有科學性、合理性、可操作性，具備以下五個方面特性：

先進性。礦用直流電力視頻監控系統的技術性能和質量指標達到了國際領先水平，系統前段攝像機采用PLC電力載波技術進行傳輸。系統的安裝調試和操作使用簡便易行。該系統集眾多先進技術于一身，體現了當前計算機控制技術與計算機網絡技術的最新發展水平，適應時代發展的要求。

經濟性與實用性。充分考慮礦井實際需要和信息技術發展趨勢，系統采用自組網方式傳輸，減少視頻流對工業網絡帶寬的占有，緩解工業交換機接口不足現象。根據施工現場的特點，設計選用功能適合現場情況、符合視頻監控要求的系統配置方案，通過嚴密、有機的組合，實現最佳的性能價格比，以便節約工程投資，同時保證系統功能實施的需求，經濟實用。

可靠性。礦用直流電力視頻系統采用獨立供電方式并配備UPS電源，能確保系統高穩定性和可靠性，滿足全天候長期穩定運行。

穩定性。視頻監控系統的設計具有較高的穩定性，系統具有一整套完整的系統管理策略，可以保證系統的運行安全。

擴展性。礦用直流電力視頻監控系統的設計遵循技術先進、功能齊全、性能穩定、節約成本的原則，綜合考慮維護及操作因素，而且為今后的發展、擴建、改造等留有擴充的余地。

（作者單位：冀中能源峰峰集團梧桐莊礦）

（責任編輯：周瓊）