水廠擴建中的安防系統搭建方案探討

王 嬌

(成都市自來水有限責任公司，四川成都610000)

某市自來水廠現有規模分為1期和2期，計劃在原水廠旁新增1座具有6條產水流線的制水工程。該工程的建設涉及視頻監控系統、門禁巡更系統以及周界系統的搭建。為了在盡可能節約人力物力的情況下，實現廠區安全、穩定運行，需要對安防系統搭建進行合理性研究，以制定出可靠性、經濟性最佳的方案。

1 水廠新增視頻監控系統的搭建

1.1 視頻監控系統現狀

目前，水廠視頻監控系統采用模擬傳輸與數字存儲相結合的方式，現場攝像機的視頻及控制信號通過光纜傳輸到中控室，經光端機轉換為視頻及控制信號。視頻信號通過視頻分配器一分為二，一路連接到硬盤錄像機上進行視頻存儲，另一路連接到矩陣，通過矩陣切換主機可將每個監控點的圖像切換到與主機相連接的監視器上顯示。控制信號則通過碼分配器連接到矩陣后，通過主控鍵盤或副控鍵盤控制攝像機云臺及變焦鏡頭。中控室電視墻采用的監視器支持DVI、VGA和CVBS中的任意1種輸入信號，后期建設無論是采用模擬還是網絡監控系統，都可以利用現有的電視墻進行監控顯示。

水廠1期在加藥間、鼓風機房、送水泵房及綜合樓各配有1套帶3 kV·A UPS的監控子站，由監控子站實現現場63套攝像機的供電和信號采集。每個攝像機配置1套就地安裝盒，通過光端機將模擬攝像機的視頻和控制信號轉換為光纖信號并接入就近監控子站，再由監控子站的光纜終端盒匯總成1根多芯的單模光纖，接入中控室通訊柜。

水廠2期為1期的擴建工程，在拆除1、2期之間圍墻的同時也拆除了圍墻上的6套監控攝像機。但2期廠區內布置了60套模擬攝像機，現場監控系統構架沒有變化，2期視頻監控系統只是一個擴容的過程。通過2期鼓風機房，1#、2#沉淀池前端和3#、4#沉淀池前端共設置的3個監控子站，對現場攝像機進行供電、視頻和控制信號的采集。整個水廠2期內的視頻監控系統都由鼓風機房內配置的6 kV·A UPS的配電柜進行配電。廠區攝像機的視頻及控制信號也通過光端機轉換為光纖，在監控子站中匯總后，接入中控室。

水廠現有視頻監控系統中的視頻存儲及控制等設備都設置于廠區中控室機房，機房內除了視頻監控設備柜外還有自控設備柜等，如圖1所示。該機房剩余的空間有限，無法容納新增監控系統的硬盤錄像機、UPS、光端機等設備，故新增廠區需新增控制室。

1.2 視頻監控系統的搭建方案

參考廠區1、2期攝像機布置情況，新增廠區攝像機數量約為80臺。根據此規模分析水廠新增視頻監控系統的搭建方案。

1.2.1 方案一

在該方案下，新增廠區建設一套獨立運行的網絡視頻監控系統。

圖1 水廠中控室機房布置

網絡視頻監控系統主要分為：采集部分(網絡攝像機)、傳輸部分(有線IP網路)、存儲部分(存儲模塊)、顯示部分 (電視墻模塊)和管理部分(中心服務模塊、客戶端)。該方案獨立于原視頻監控系統，在新增廠區設置1套網絡視頻監控系統，系統的存儲、顯示及管理等設備都布置于新增廠區中控室。

該廠區設置4套監控子站，分別位于1#、2#沉淀池前端，3#、4#沉淀池前端，5#、6#沉淀池前端以及鼓風機房。廠區內的網絡攝像機通過網線或光纖方式將信號傳輸到監控子站，監控子站的交換機將現場匯總后的網絡視頻信號傳輸到新增中控室，與中控室中匯聚交換機進行連接。匯聚交換機得到現場的網絡視頻信號后，一方面與網絡視頻存儲模塊(NVR)及管理服務器等設備相連，進行視頻存儲與監控；另一方面，與新增中控室中的網絡視頻解碼器連接，實現新增廠區網絡視頻信號上墻顯示功能。整個新增廠區網絡視頻監控系統構架見圖2。

圖2 新增廠區網絡視頻監控系統構架

1.2.2 方案二

在該方案下，原中控室作為總控室，新增廠區中控室設為分控室。

視頻綜合平臺是集編碼、數字矩陣切換、解碼于一體的高度集成化產品。它具有SDI編碼板、BNC編碼板、DVI編碼板、解碼板和網絡交換板等，這些業務版塊按需配置，可以輕松地實現模擬、模數、數字等多種監控網絡的接入,無縫連接報警聯動、網絡碼分器等低速業務以及光纖網絡高速數據接入。視頻綜合平臺可將各功能業務模塊化，并替代模擬監控系統中的模擬矩陣、解碼器、編碼器和大屏控制器等設備。模擬和網絡監控系統進行融合時，系統間設備的兼容問題由視頻監控平臺統一考慮，只需將模擬、網絡攝像機的信號連接到視頻綜合平臺對應的端口即可。系統具有可擴展性、集約化等優點。

該方案需在原中控室和新增中控室各設置1套視頻綜合平臺，2個平臺之間通過光纖進行級聯。原1期攝像機傳輸到中控室的視頻、控制信號與視頻綜合平臺中的SDI編碼模塊連接，再通過配置的網絡交換模塊，連接原系統中的硬盤錄像機、管理服務器等設備，實現數據的保存及管理，而監控視頻上墻功能則由視頻綜合平臺中的DVI編碼模塊來實現。2期采用的硬盤錄像機(型號為HCVR1604HG-SFD-V4)具備模數轉換功能，能夠將模擬視頻信號轉換為網絡信號。故2期攝像機接入視頻監控系統，只需將攝像機可與硬盤錄像機連接后，再將該硬盤錄像機與視頻綜合平臺的網絡交換模塊相連。新增廠區采用網絡攝像機，現場各安防柜內交換機匯總攝像機信號后通過光纖接入視頻綜合平臺。原總控室和新增中控室中，均布置1套電視墻分別顯示廠區視頻信號。

1.2.3 方案三

在該方案下，整個水廠的視頻信號融合后在1期中控室統一顯示。

① 方式1

為了實現水廠視頻監控系統的統一監控，該方式采用視頻服務器將廠區原有的模擬信號轉換為網絡信號，再與新建的網絡視頻監控系統融合，由原中控室集中監控。水廠2期硬盤錄像機可直接接入網絡視頻監控系統，因此，該方案只需為原1期模擬監控系統增加視頻服務器。1期模擬視頻信號轉換為網絡信號后，通過新增的網絡硬盤服務器(NVR)進行存儲。

② 方式2

該方式下，采用混合型硬盤錄像機實現模擬和網絡監控系統的融合。隨著網絡視頻監控系統的日漸成熟，必然存在一個過渡狀態：模擬攝像機與網絡攝像機在同一個監控系統中共存。在該狀態中混合型硬盤錄像機扮演著一個承前啟后的重要角色。利用其具有同時連接模擬攝像機和網絡攝像機這一特性，可將水廠1期模擬攝像機的視頻信號和RS485控制信號連接到更換的混合型硬盤錄像機上；只需將2期模擬攝像機的控制線接入現有的硬盤錄像機即可；新增廠區的網絡攝像機則與網絡硬盤錄像機連接。最后，各期硬盤錄像機通過交換機匯總后，由管理服務器統一進行監控、管理。

1.3 視頻監控系統的方案對比

將新增視頻監控系統的3個搭建方案進行綜合對比分析，如表1所示。

表1 水廠視頻監控系統方案對比

可以看出，方案一在前期投入和系統的可實施性方面都有明顯優勢。若系統設計和建設階段為遠期視頻接入預留足夠的接口，該方案同時具有較好的遠期擴展性。因此，方案一為可選方案。

2 水廠新增門禁與巡更系統的搭建

2.1 門禁與巡更系統的情況

水廠1、2期門禁及巡更系統采用雙CAN工業總線系統，由36套門禁控制器、111套讀卡器以及相應的電鎖、按鈕等設備構成。1期的門禁控制器和通訊控制器等門禁設備就近放置在自控柜或安防設備柜中，不利于后期系統維護。因此，2期廠區單獨為安防系統設置了3套設備柜(鼓風機房JX1，沉淀池前端設立JX2、JX3)，2期門禁、巡更信號就近接入這3個設備柜進行匯總，再通過光纖傳輸到原中控室門禁設備柜中。

根據現有廠區門禁巡更設備的分布情況，初步得出新增廠區門禁及巡更涉及到的讀卡器總計83套，其中：配水井，2套；預沉池，12套；沉淀池，12套；濾池，10套；鼓風機房，9套；周界，8套；出廠水儀表間，2套；加藥間，7套；加氯間，10套；中控室，2套；脫水間及濃縮池，9套。若不考慮設備安裝地點的不同，新增廠區至少需要安裝21套4門門禁控制器。

2.2 門禁巡更系統的搭建方式

2.2.1 方案一

在該方案下，新增廠區設立一套獨立運行的雙CAN總線門禁巡更系統。

總線型門禁巡更系統是目前使用范圍最廣的出入口控制系統，具有高可靠性、高容錯能力，所采用的CAN BUS總線的數據通訊方式具有突出的安全性和可靠性。因此，新增廠區可繼續采用雙CAN總線門禁巡更系統。將新增廠區的門磁、電鎖、巡更點等設備與門禁控制器連接后，通過CAN總線串聯安防設備柜內的門禁控制器、報警控制器、通信控制器；再將通訊控制器轉換出的門禁信號，與門禁控制主機和門禁服務器相連，實現門禁信號的實時監控。

本數據采集系統中設計的總線長32 m,每隔1 m接入一個從站單元,測試時在A1從站的第3通道接入3 V的電壓,其余通道和從站懸空,發送查詢指令后上位機收到的數據如圖9所示。

2.2.2 方案二

在該方案下，在現有雙CAN總線式門禁巡更系統的基礎上擴容。

新增廠區增加的門禁控制器約為21套，加上1、2期36套門禁控制器，水廠共有57套門禁控制器，可合為一套門禁系統。因此，保持1、2期原有門禁系統不變，只在新增廠區增加門禁設備。新增廠區中設置4個安防就地設備柜，用于布置現場的安防設備例如門禁控制器、報警控制器、通訊控制器等。門禁控制器采集現場讀卡器、按鈕信息后控制門磁、電鎖動作。報警控制器與門禁控制器相連，有人闖入時，將信號傳輸到報警主機與視頻及安防報警系統聯動。而通訊控制器將現場的CAN總線信號轉換為TCP/IP形式，與服務器和門禁控制主機相連，通過網絡對現場的門禁控制器進行集中監控。

2.2.3 方案三

在該方案下，新增廠區設立一套獨立運行的網絡門禁巡更系統。

在智慧城市物聯網的快速發展下，TCP/IP網絡門禁逐漸被運用到安防系統中。由它組成的系統兼容性和互操作性好,資源共享能力強，易實現現場數據與信息系統上的資源共享，且數據的傳輸距離長，傳輸速率高。新增廠區設立一套獨立運行的網絡門禁巡更系統，TCP/IP網絡門禁控制器采集現場的門磁、電鎖、巡更點等設備信號后，通過以太網端口與安防設備柜內的交換機連接，通過Internet網絡實現對現場門禁設備的監控，如圖3所示。

圖3 網絡門禁巡更系統構架

2.2.4 方案四

為了實現整個水廠門禁系統的統一管理，融合CAN總線型門禁系統和TCP/IP網絡型門禁系統是亟待解決的問題。現有的1、2期門禁控制器只支持CAN工業總線，遠期若要采用TCP/IP的門禁系統，則需要將現有門禁信號融合到新建的網絡門禁平臺中，即保留1、2期門禁系統設備，采用能夠同時監控CAN總線和TCP/IP門禁控制器的門禁監控軟件來替換原門禁系統軟件，再通過交換機將新增廠區門禁控制器信號接入原中控室，實現全廠2種類型的門禁系統融合。

2.3 門禁巡更系統搭建方案對比

對門禁巡更系統各個搭建方案進行比較，如表2所示。

綜上所述，方案三采用的網路門禁巡更系統具有較高的可靠性和易實現性。該系統不受原門禁設備品牌的限制，能與第三方設備互聯，具有較好的擴展性。因此，方案三為可選方案。

表2 水廠門禁巡更系統方案對比

3 水廠周界系統的搭建

3.1 周界系統現狀與新增廠區情況預估

水廠1、2期廠區周界采用電子圍欄系統，采用總線分區管理和傳輸，目前共有23個防區，報警信號通過脈沖主機傳入中控室的報警主機。在保安值班室內能夠采用電子地圖監控全廠的周界安防。

水廠周界報警系統由帶電脈沖的電子纜線(電子圍欄)及脈沖主機組成。電子纜線產生的非致命脈沖高壓能有效擊退入侵者，并把入侵信號發送到保安值班室。報警主機與電視監控系統組成聯動控制系統。報警信號可聯動監控主機、錄像機，實現報警切換視頻、報警錄像、觸發報警信號等功能。

新增廠區設計為6條產水流線，按1、2期廠區占地規模進行估算。如圖4所示，新增廠區緊靠1、2期建設，與1、2期交界處圍墻已安裝有電子圍欄，新增廠區需安裝電子圍欄的周界長度為1 250 m。按照100 m 設置1個防區計算，新增廠區需設置13個防區。

圖4 水廠周界系統

3.2 水廠廠區周界系統的搭建方式

3.2.1 方案一

在該方案下，在現有的總線式周界基礎上擴容。

總線式周界報警系統是目前廣泛運用的一種周界報警方式，由于新增廠區周界防區數量不大，可以直接在現有的周界系統中進行擴容。即新增廠區中增設2路周界報警總線，該報警總線由中控室安防設備柜引出并沿圍墻敷設到與2期周界交界處，串聯新增廠區的脈沖主機，以達到采集周界入侵信號的目的。采用總線傳輸周界信號所允許的數據傳輸距離最長不超過1200 m。為確保信號傳輸的穩定性，新增廠區的2路RS485報警總線通過光端機轉換為光纖傳輸，與1、2期中控室的報警主機相連。

3.2.2 方案二

在該方案下，新增廠區單獨設置1套網絡型周界系統。

網絡周界系統通過交換機連接附近的1個或多個IP型脈沖主機，再以光纖傳輸現場報警信號至中控室，并通過監控軟件實現與視頻系統的聯動和周界防區的撤、布防，如圖5所示。

3.3 周界系統方案對比

對廠區周界系統的各個設置方案對比分析，如表3所示。

圖5 網絡型周界系統結構

表3 水廠周界系統搭建方案對比

綜上所述，雖然方案二在遠期可擴展性方面具有優勢，但不能實現廠區周界系統的統一管理。目前網絡周界系統正處于發展的初期，信號穩定性還有待考量，系統提升空間較大。方案一在經濟性、可靠性、系統實施性方面都具有明顯優勢，故方案一為可選方案。

4 結語

水廠的擴建必然涉及安防系統的構建與融合。要使擴建后的水廠達到預期的生產效果，并確保整個生產過程的可靠性及安全性，采用最新的可靠技術來替代早期技術是一個必經的過程。在引進新技術的同時，要通過對比分析系統方案，最終獲得在新舊技術的共存情況下高效、可靠的安防系統搭建方案。