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工厂工业数字化视频监控系统解决方案

2011-1-1

深圳市龙宇保全科技发展有限公司
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目 录
一、系统概述 3
二、系统设计 3
2.1 设备结构 3
2.2 性能和制造 4
2.3 监控系统示意图 4
2.3.1 前端设备系统图-视频篇 4
2.3.2 前端设备系统图-音频篇 5
2.3.3 前端设备系统图-报警篇 5
2.3.4 中间传输系统图-交换篇 6
2.3.5 监控管理中心系统图-值班监控点 6
三、系统组成及各部分配置要求 8
四、系统的性能指标及主要参数 9
五、系统应用优势及特点 10
5．1、 功能集成，充分利用工厂专用网络资源 10
5．2、高度智能化、自动化的监控环境 10
5．3、高度的开放性 10
5． 4、经济性 10
5．5、维护的简单化 10
5．6 、优秀的图像品质 11
5．7、低带宽占用 11
5．8、低延时性 11
5．9、无限制位点远程实时监控录像 11
5．10、系统结构灵活 11
5．11、可扩容性强 12
5．12、易操作性 12
5．13、自主开发 12
六、技术支持和服务及人员培训 12
6.1 技术支持和服务 12
6.2 人员培训 13
七、整体设备选项 14
八、设备清单及报价 14

一、系统概述
工厂工业监控系统是工业现代化管理及安全防范的重要手段，也是传统管理和防范手段的延
伸，相对于其他环境，工厂工业监控具有以下特点：
    ●环境比较复杂：工业电气会产生强度很高的电磁辐射和电磁干扰，前端设备需要防尘，
防爆，防腐，防高温等特殊要求。
    ●点位分散传输距离远：常见的工厂监控周界和出入口安装摄像机实现安全监控，车间
或生产线也要设置监控点实现可视化管理。
    ●多点监视副控较多：监控中心需要对厂区安全情况进行实施录像监视，保安需要观看
出入口及周界监控画面，厂区领导可以不定时查看生产情况。
    可见，工厂监控往往是多区域、多点位、多级监控的综合管理系统，系统传输距离较远，
结构较为复杂。
二、系统设计
2.1 设备结构
整体工厂工业数字化监控系统完全以数字化网络监控方式为核心，前端监控点均采用标准要求的网络摄像机，网络摄像机将前端的监控区域的场景信息进行采集，通过AV信号线传输到前端高清网络摄像机，网络摄像机接收到前端的模拟音、视频信号，进行数字化压缩后进行存储，同时通过网络输出到工厂工业专用网络中，通过网络传输设备，例如交换机、路由器等设备最终传输到工厂监控中心进行集中管理（监看预览、存储录像、权限分配、转发数据、电子地图管理等操作）。
2.2 性能和制造
工厂工业数字化监控系统由于采用全数字化监控网络，以网络为核心传输介质，在先进程度上已大大领先传统的模拟化监控系统，并且数字化监控系统的优势在于：
1、施工方便（前端视频服务器接入后输出只用一个网口RJ45输出即可）；
2、无论监控点是否分散，都适合监控；
3、不利于布线的位置可以采用无线网络进行布线；（在工厂中不需要考虑该问题，假定工厂的布线非常方便）
4、集中存储、集中管理。
前端设备中最核心的设备是网络摄像机，网络摄像机是由RSIC DSP处理器来处理音、视频压缩，区别于传统的软CPU压缩处理，并且采用嵌入式LINUX操作系统，在网络化攻击日益严重的今天，操作系统的优势是安防监控安全的有力保障之一。同时，网络摄像机在网络传输、网络存储的同时，在网络摄像机本地也可以进行数据存储，双重存储的优势在于有效的保障了数据的完整性和正确性，即使网络出现故障，依然保证了文件存档有效性。
2.3 监控系统示意图
2.3.1 前端设备系统图-视频篇

图1 前端设备系统连接示意图
如上图所示，前端数字信号传输到网络交换机，通过经过网络直接输出到专用工厂网络中。
前端网络摄像机的选择范围很大，可根据工厂的实际场景来配置不同的网络摄像机。
2.3.2 前端设备系统图-音频篇

如上图所示，在前端监控点中如果需要增加音频的采集，只需要增加拾音器设备以及扬声器设备即可，拾音器直接接入网络摄像机的音频输入接口，扬声器直接接入网络摄像机的音频输出接口。网络摄像机与监控中心可实现双向语音对讲，同时，监控中心还可以实现语音广播功能，即对所有监控点中的网络摄像机发送广播语音。
2.3.3 前端设备系统图-报警篇

如上图所示，在前端监控点中如果需要将报警设备（以探头为主），同时接入监控中心进行监控，只需要将各种报警探头直接接入网络摄像机的报警输入和报警输出接口。
2.3.4 中间传输系统图-交换篇

如上图所示，每个监控点中使用的网络摄像机（或者是多个监控点共用一台），直接通过接入网络交换机，将所有音、视频数据通过网络交换机传输到监控管理中心进行集中管理。
网络交换机在工厂工业监控中使用非三层交换方式即可，为了保持网络的稳定，在监控中心中采用转发方法进行音、视频以及控制信号的处理，采用三层交换机的弊端是很多控制数据如果采用非TCP/IP协议族协议来传输时，可能会存在阻挡，同时，在工厂内部的网络并不存在像internet网络中的网络攻击和威胁。
2.3.5 监控管理中心系统图-值班监控点
全厂数字监控系统设4个主要值班监控点对现场进行监控，分别是机组单元控制室、门卫室、水处理控制室、除灰渣控制室。如下表所示：
监视点名称
监 视 范 围
操作控制设备
显示终端
机组单元控制室

＃1、2机组主厂房区域及公用区域

＃1、2机组在值长操作台上设置操作键盘、鼠标和显示器
DLP大屏，1台主交换机
门卫室
保安区域
操作台上设置操作键盘、鼠标和显示器
1台21″LCD、1台子交换机
水处理控制室
水处理区域
操作台上设置操作键盘、鼠标和显示器
1台21″LCD、1台子交换机
除灰渣控制室
除灰渣区域
操作台上设置操作键盘、鼠标和显示器
1台21″LCD、1台子交换机
如果在每一个单元控制室内配置大屏幕显示器只有一台，可采用如下图所示方式来进行配置：

单元控制室中配置一台独立的监控管理服务器，该服务器可同时在同一屏幕中显示16画面，超过16画面的视频将在下一页进行显示，服务器可直接进行翻页显示。同时，该监控管理服务器配有一张双VGA输出的显卡，其中一个VGA接口接入机组大屏幕显示。在服务器中的所有视频分割方式均完全一致的投到机组大屏幕显示器上。
可对显示画面进行任意切换、缩放、漫游、开窗口显示等，并可方便地通过DCS操作员站进行切换，每台大屏幕显示器应可以任意划分窗口分别同时显示工艺过程画面、控制系统信息，也能将所有大屏幕显示功能合而为一，显示一幅画面等等功能。
对于单元控制室中的监控管理服务器的配置要求如下：
CPU
Intel Dual Core 2.0G 以上
内存（SDRAM）
2G DDRII
主板
请选择正规厂家的PC主板，例如微星、技嘉、sotek，联想、升技等
硬盘

显卡
独立显卡，nVidia Geforce系列显卡（显存大于256MB）
显示器
Philip 17寸CRT或者LCD（任选）
如果对于单元控制中心中配置多台大屏幕显示器时，采用网络视频解码器进行解码输出，如下图所示：

如上图所示，单元控制中心的管理服务器与网络视频解码器同时接入网络交换机，管理服务器可通过对每一台网络视频解码器进行操作及控制来控制机组大显示屏中显示方式的控制。由于管理服务器中软件的功能较强大，可通过软件对机组大显示屏进行操作，同时，也可以将网络视频解码器接入矩阵式控制键盘，通过控制键盘来控制机组大屏幕中视频的切换等功能。
如下图：

上图中，控制键盘通过RS485串口与每一个网络视频解码器进行通讯，通过使用不同的地址码可控制不同的网络视频解码器，从而对显示屏进行不能方式的操作（切换、循环、分割等）。
三、系统组成及各部分配置要求
如前所述，根据工厂监控的应用特点及管理模式，工厂监控集中监控系统基本上分为远程工厂集中监控、工厂巡视调度和前端工厂系统。
    其中，远程工厂集中监控和工厂巡视调度功能基本一致，主要包括监控管理主机、显示设备、录像资料存储设备以及电子网络视频集中监控系统软件。前端工厂系统包括摄像机及配件、语音设备、网络摄像机、报警设备（可选）等。
    视频、音频、告警信息，由网络摄像机压缩编码后，通过网络上传到监控中心，完成实时监控，掌握工厂场景情况。监控中心可实施对工厂监控设备的管理、告警信息的查询、图像浏览和控制等功能。
    考虑到工厂监控系统建设的特点，工厂监控集中监控系统具备良好的可扩展性。各功能部分采用模块化结构，非常易于扩容、组网方便、配置灵活，并具有良好的用户接口。
    ●在系统增加新的工厂监控点时，只须将该工厂网络摄像机接入网络并在中心做简单配置即可；
    ●系统各项功能和运行状态不受扩建影响；
● 系统具备多级组网能力以至组建全省乃至全国的工厂监控网络。

四、系统的性能指标及主要参数
视频制式：NTSC或PAL格式
    视频压缩方式：H.264图像压缩编码
    视频解像度：标准352×288像素，可自定义调整，最大704×576像素
    帧率：25帧/秒（PAL制式），30帧/秒（NTSC制式）,向下可调
    音频压缩标准：ISO-MPEG Audio Layer-3
    系统可用率 > 99%
    视频流占用带宽平均： 250 kbps(分辨率352×288，25帧)
    系统平均无故障工作时间：MTBF > 30000小时
硬件平均无故障工作时间：MTBF > 100000小时
服务器平均无故障工作时间：MTBF > 10000小时
    系统平均维护时间：MTTR < 0.5小时
    监控画面显示与实际事件发生时间差< 0.5秒
    事件报警到系统自动记录相应画面时间差< 0.8秒
各报警探头报警到后台信息显示时间差< 0.5秒

五、系统应用优势及特点
5．1、 功能集成，充分利用工厂专用网络资源
    常规的解决方案都是将上述的功能利用多个系统来实现，造价高且以后的扩充和升级不方便。本方案利用现代计算机网络技术的先进性，将多个功能集成起来，不仅充分利用了工厂高速准确的优点，同时也容易将各种服务需求集成于Intranet，体现了先进性和经济性。
5．2、高度智能化、自动化的监控环境
    充分利用现有软、硬件设备，极大地改善了教学条件，同时节约了老师与学生的许多时间，使得教学工作达到数字化。
 5．3、高度的开放性
    由于工厂采用开放的网络技术，而本系统的各种应用服务均基于现有网络软硬件平台，系统的扩充仅需在前端增加宝丽来锐智网络摄像机硬件设备或在监控中心增加电脑设备而无须任何复杂的过程，做到真正高度的开放性。
5． 4、经济性
利用工厂专用网络，无须费时费力铺设复杂的传输线路，其系统造价在同等设备配置与功能要求情况下，比常规系统模式节省30%左右投资。
5．5、维护的简单化
    常规的解决方案一般是利用多个系统、各种复杂设备集合解决，其维护也就需要不同的专业人员。本系统基于工厂专用网络，利用计算机系统处理技术，由于系统强大的网络功能，更可实行远程操作维护，使得系统的维护简单化,更是降低了后续的维护费用。
5．6 、优秀的图像品质
    采用先进的H.264编解码技术，图像清晰、自然。标准分辨率352×288像素，最高达704×576像素，并可自定义。图像无闪烁，连续性好，标准图像帧率25帧/秒（PAL 制式）、30帧/秒（NTSC制式）。特别适用于对考场进行细节观测的应用。
5．7、低带宽占用
    采用独特的自适应P帧及B帧压缩技术，进一步加强了H.264压缩算法的压缩比，配合IP组播功能，大大降低了浏览图像时占用的网络带宽。传输图像在25帧/秒、分辨率352×288像素时，平均占用带宽仅为250kbps，使用户在同样的网络条件下可传输的视频路数提高了数倍，无形中节约了用户的网络资源投入。
5．8、低延时性
    H.264加强标准编码技术，远程视频传送延时不到一秒，极大改善了远程实时监控效果。
5．9、无限制位点远程实时监控录像
    采用独特流技术，突破了传统的数字监控方式的局限性（注：传统的数字监控方式采用硬盘录像机或工控机加视频压缩卡作为站端视频处理单元，虽然比模拟监控更胜一筹，但无法将多路压缩后的视频信号同时上传到监控中心。），可同时对无限制多个监控位点图像实施远程实时监控录像。
5．10、系统结构灵活
    采用标准的组网方式，支持IP单播、组播功能，可以组成点对点的监控系统，又可以组成一个中心对各站点的系统；在网络上可以设置多个分控图像工作站，满足多个用户的需要，也可以用WEB方式组成多级监控系统。
5．11、可扩容性强
    采用模块化设计，能够平滑实现端局扩容、中心扩容和分控台扩容。无论单级扩容或多级扩容都可以充分利用前期资源，降低扩容投入成本。
5．12、易操作性
工厂监控系统管理软件的操作平台是Windows NT/2000中文版，控制界面为图形方式，界面、菜单全为中文，用户可以非常迅速地熟悉操作软件的使用。
5．13、自主开发
    系统的核心硬件设备和管理软件均属自主开发，能够及时提供良好的售后服务，响应用户的特殊需求，针对用户的要求进行功能方面的量身定做。

六、技术支持和服务及人员培训
6.1 技术支持和服务
1、我公司将提供整个系统生命周期的技术支持和服务。我公司将提供两种优质服务:
Ø 远程服务——适用于非重大故障
A、工程热线电话,解答一般疑难问题:
B、电子邮件方式。我公司技术人员均有邮件信箱和专用电脑,主要员工配有便携式电脑,同时也开设用户专用信箱,可以保证及时解答用户疑问,可24小时响应。
Ø 现场服务——适用于重大故障
远程服务并不能解决所有的问题, 我公司的工程师将以最快的时间,赶到现场进行服务,当遇到资源限制或特殊情况, 我公司将组织公司专家或原厂商及时处理。
2、在系统的建设阶段将设有专人做现场支持。
3、在系统的维护阶段,将提供24小时的服务。
4、我公司保证本系统的设备能完成铁路网络监控要求的功能,其技术性能达到规定的标准,且能与原有设备配合工作。
5、保修期内所更换的有损零件须按要求退给我公司,费用由我公司承担。我公司的保证责任不包括由于操作使用不当、不慎、事故、滥用造成的损坏。没有事先征得我公司同意,由其他人员对设备进行的修改及由第三方设备的原因造成的我公司所提供设备的损坏,我公司将不承担责任。由此引起的硬件设备更换费用由使用方承担。
6、我公司对系统达到设计要求负有完全责任。
7、在保修期外, 使用方可以购买原产商的金牌服务或按次服务付费两种方式保修。
8、在工程移交后,如果使用方购买备件,其价格水平将不高于本工程设备价格。
9、双方应联合成立工程领导小组。在工程实施过程,定期地在工程所在地召开双方参加的技术协调会，检查工程实施过程中的技术配合，协议执行等方面的进展情况,解决工程中出现的问题。
6.2 人员培训
人员培训应分阶段，分层次，多种方式和手段相结合，初期的管理人员至少能完成系统的一般维护工作，中后期应具备一支具有一定开发能力的技术队伍，能够完成系统的扩展，和部分应用系统的开发工作。
1、网络管理人员、系统管理人员、数据库管理人员除一般的操作能力外，还应具有如下的相关能力：
Ø 应具备INTERNET的相关知识
Ø 熟悉常用的操作系统
Ø 熟悉常用的网络协议
Ø 对先进的网络通讯技术有一定了解
Ø 有较强的安全意识
2、各个办公科室还要进行相关的应用系统的培训，学员也要掌握相关办公网的应用，了解计算机操作系统及简单的Internet使用。
针对以上需求，我公司在本工程中将根据用户的需要及时提供培训。
我们将在项目的进行过程中始终和用户保持密切的联系，从而保证用户对整个系统的技术进展有一个详细的了解。在项目结束后，我们还将对用户作出以下方面的培训：
Ø 网络基础；
Ø 路由器设置及管理；
Ø 交换机设置及管理；
Ø 网络结构详解；
Ø 服务器设置及管理；
Ø 防火墙设置及管理；
等等。

七、整体设备选项

八、设备清单及报价

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