石化企業工業電視監控系統的設計及研究

谷越

（中海石油中捷石化有限公司，河北 滄州 061101）

0 引言

目前我國石化行業處于高質量發展階段，隨著石油化工生產技術的發展，新技術、新工藝、新管理模式不斷應用，企業也向著大規模方向發展，因此對監控平臺的要求也更嚴、更高，工業電視監控系統呈現出數字化、網絡化、智能化的發展趨勢。本文針對石化企業工業電視監控系統進行了全面網絡架構設計，消除原有平臺隱患，整合新老廠區監控平臺，實現全廠監控平臺統一管理[1]。

1 原監控平臺現狀分析

企業原有工業監控系統分布于新廠與老廠，并獨立運行，新廠區電視監視系統于2016年安裝投入使用，全廠工業電視監控系統包括重大危險源監控、所有生產車間監控、高溫內窺監控、周界安防監控等內容。系統為全數字高清攝像機，統一管理，統一存儲，系統在裝置區及圍墻、操作室、營業室共安裝有141路各類高清攝像機，在中控室樓內設有集中存儲的磁盤陣列以及視頻監控綜合管理平臺，中心控制室和各分控中心均使用監控系統的計算機客戶端實現對本管轄區域的攝像機的調用功能。老廠區和新廠區監控系統運行模式不同，老廠區目前基于獨立運行的監控系統，每套監控系統均在控制室內本地的監視及控制、錄制及錄像調用。老廠區在用攝像機約280臺，各監控設備最早安裝時間為2006年，模擬系統、數字系統混雜，且各裝置單獨存儲，無法實現集中控制、管理。同時老廠監控系統清晰度不高，設備老化，故障較多，各個運行部分只能各自在其管理的控制室安裝模擬硬盤錄像機，用于控制和錄制運行部轄區內的監控攝像機，無法實現視頻數據互傳。調度室、門衛室、中控室等重要位置無法調用各裝置圖像，監控系統存在設計缺陷，給安全生產帶來很大隱患[2]。

中心控制室于2019年檢修過程中完成1#中控室改造項目，DCS、SIS、CCS系統均實現中心控制。而監控系統則分區域、分裝置配置控制站節點監控，存在問題：一是缺少重點區域監控視頻解碼上墻功能，無拼接大屏顯示終端，區域監控管理過于分散，存在一定隱患。拼接大屏是公司監控平臺智能一體化核心設備，對未來安防、火災報警、門禁等系統的整合提供先進接口技術，必須在改造項目中實施。二是全廠監控系統未能實現最高層核心端控制統一調用。經過全面技術交流，充分掌握國內主流設備技術參數，同時對附近石化企業實地考察，最終確定符合中控室整體布局的設備規格參數及完善詳細的網絡架構 方案。

2 新老廠區工業監控系統整合方案設計

2.1 網絡架構搭建

網絡架構設計了三層結構，用于電視監視系統的局域網系統采用專用萬兆監控網絡。系統采用基于IP應用的工業級以太網結構，由核心層、匯聚層和接入層三級構架組成。這樣可以有效降低核心交換機網絡負荷，便于網絡擴展的后期改造。

以老廠區儲運機柜間為匯聚層網絡節點（儲運單元機柜室增設核心萬兆交換機與新廠區核心層網絡通信，代替原千兆交換機網卡，以滿足兩個廠區大負荷視頻流數據交換），老廠區各裝置管線分別接入儲運單元控制室，以便于接收從新廠區中控室機房的直達信號，穩定可靠，位于新老廠區網絡的中間段，可以同時兼顧到新廠區，一旦網絡發生故障，仍可保證調用正常區域圖像，不至于處于局部網絡故障時造成整個平臺癱瘓[3]。

老廠區各個機柜室增設千兆網絡交換機作為接入層節點，現場分布的各攝像機通過硬盤錄像機實現管理與控制，這樣有效節省了平臺內IP通道占用，同時節省了存儲空間，減少磁盤陣列負荷，也就較少了系統整合改造的投資成本。

監控平臺設備主要覆蓋新廠區及老廠區兩個區域。新廠區包括中心控制室、循環水場變電所、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/年芳構化裝置、空分空壓站、儲運單元、原油卸車場及營業室、汽車裝卸站及營業室；老廠區包括 5萬噸/年MTBE裝置、8萬噸/年聚丙烯裝置、老廠區儲運罐區、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。針對上述分布區域進行網絡布局。

2.2 綜合平臺升級方案

視頻管理服務器采取雙機熱備方案，采用一主一備的方式，當主服務器發生掉電、網絡故障等問題，可自動轉為備用服務器工作，且無延時、無停頓，主、備服務器均應具有自愈能力。通過軟件平臺，實現對錄像服務器及虛擬矩陣控制器的管理及配置。通過圖形化網絡管理軟件對整個網絡和連接在網絡的設備進行診斷、設置和管理。

視頻管理平臺通道擴容升級，建立統一的集中監控中心及后臺存儲，對原有新廠區已有監控系統平臺增加硬件設備和軟件路數授權。擴容和改造后，新廠區監控中心將成為整個新老廠區監控系統的總控制中心，新監控中心原有的視頻綜合管理平臺服務器，服務器有200路視頻接入授權，已使用141路，剩余59路。老廠區并網監控點位約280路。本次升級監控平臺進行500路視頻接入授權，如圖1。

老廠區儲運控制室增設磁盤陣列CVR，滿配36塊4T監控工業硬盤，采用RAID5模式，局部熱備，多重數據安全保護。實現新增攝像機不低于30天、1080P格式不間斷錄制。這樣最大程度分擔了新廠區CVR存儲故障風險，即“集中管理，分散存儲”。磁盤陣列實現智能補錄（ANR）、錄像丟失檢測報警，可確保網絡異常時錄像數據的完整性，并具備自我監測及異常修復，可確保配置信息異常時數據不丟失、業務不中斷，支持存儲設備內部數據備份和設備間異地數據備份，進一步提高數據的安全可靠性。該方案同時保留了老廠區現場各機柜間內硬盤錄像機的視頻調用，提高了監控系統的穩定性及可操作性[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35塊）框架施工，逐一安裝單塊拼接屏幕，拼接大屏后配置獨立電源分配箱，保證解碼矩陣、屏幕獨立供電，互不影響。裝修工程恢復后進行網絡架構方案實施，拼接大屏背后配置網絡機柜一臺，用以架設解碼矩陣及24口千兆交換機。大屏主控電腦至解碼矩陣采用2條 HDMI（光纖轉換）接口連接，既保證了高清視頻信號清晰度，又保證了傳輸的冗余性。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塊模塊獨立網卡連接千兆交換機，以減小解碼矩陣碼流負荷。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。編號為35號屏幕采用網線連接至交換機，如圖2。

安裝拼接屏幕驅動程序（MultiLCD- v1.3.3），完成相應參數設備。為保證解碼模塊、主控電腦對全廠監控系統所有攝像機的正常訪問，逐一對其網段進行配置。在IE環境下登陸192.168.1.200，完成解碼矩陣的視頻配置，批量添加全廠監控設備IP地址，分組管理拼接屏幕的組合及拆分顯示正常。

3 平臺整合后效果綜述

3.1 平臺功能模塊

保證安全生產是石化企業提升經濟效益的前提，整合后監控系統平臺有效實現全廠統一管理、分散控制，涉及“兩重點一重大”裝置得到全面監控。監控系統部署方便、操作簡便，充分體現監控安防管理的效率。平臺提供了中心管理、日志管理、流媒體服務、存儲管理、文件備份、移動服務、報警管理、電視墻大屏幕、網管服務等服務，同時具備設備抽象模型和外設接入服務，可以兼容多廠商、多種類、多協議的各種異構硬件，支持接入第三方視頻設備、門禁等系統，如圖3。

系統具備了自我診斷功能和較強的容錯性，不會因誤操作等原因導致系統出錯和崩潰，具有數據備份和恢復功能，能自動生成系統運行日志，供查詢和打印。電視監控平臺實現了根據攝像頭、時間、地點、報警等信息檢索查詢集中錄像、分級錄像、分布錄像，并可剪輯、下載、導出。系統還具備自動覆蓋過期錄像、存儲空間不足報警，損壞資料維護、數據同步等功能。存儲管理服務器實現對系統內存儲大量實時數字圖像的IPSAN設備進行集中管理以及存儲資源的動態分配，從而實現實時監控、數據回放、備份。

整合后的監控平臺優勢在于可快速獲取可視范圍內的一切信息，極大提高人力、物力使用效率，達到了管理工作中宏觀掌控和微觀取證的效果。采用統一的系統標準和通信協議，使整個系統中各個子系統間能互聯互控，充分發揮整個系統的功能[5]。

3.2 技術管理要求

改造后電視監控平臺的維護與管理更應跟上步伐，建立完整的設施設備臺賬、技術檔案、管理考核制度、操作流程、責任制等管理。同時要制定完整的設施設備保養計劃，嚴格按計劃對各部門的設備設施進行季度、年度維護保養工作。

新老廠區電視監控平臺整合后前端攝像設備大幅度增加，網絡負荷變大，對于監控系統的各種設備來說，由于設備直接置于有灰塵的環境中，對設備的運行會產生直接的影響，需要重點做好防潮、防塵、防腐的維護工作，對容易老化的監控設備部件每年定期進行全面檢查，一旦發現老化現象應及時更換、維修，如防爆云臺前段、防爆箱內收發器、顯示器等。防雷的措施主要是要做好設備接地的防雷接地網，即應按等電位體方案做好獨立的地阻小于1歐姆的綜合接地網。定期對監控系統和設備進行優化，主要包括監控客戶端軟件、拼接大屏軟件、控制軟件等故障排除及恢復、病毒防范及消除、硬盤垃圾清理、電腦外設安裝調試、系統安裝調試與維護、應急、系統恢復及日常維護。

4 結論

隨著智能工業監控平臺技術的不斷發展，石化企業不斷深化，未來會融合車輛識別聯網、裝置熱成像、人臉抓拍、智能巡檢等強大功能。通過本次電視監控系統與拼接大屏整合改造，全廠電視監控系統實時圖像順利解碼上墻，有效反映現場生產裝置、重點危險源真實情況，解決了監控系統布局分散化的弊端，中控室配置了主控操作站，實現核心端的統一調用、分配，保證系統集中控制、統一管理，將監控數據和安全生產緊密結合。投用后的平穩運行驗證了網絡架構的可靠性以及設備選型的穩定性。本次改造更是公司向智能化、高端化煉廠不斷深化發展的重要標志，同時也為石化行業監控平臺的整合、改造提供良好的借鑒。