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1、 胜利油田临时变电站 智能视频监测报警系统设计方案 目录 一、 系统概述 1 二、 系统设计原则 1 三、 系统结构组成及安装方式 2 四、 控制主机系统结构 4 4.1 电源管理模块设计 4 4.2 终端模块 4 4.2.1 终端模块的组成 5 4.2.2 终端模块的工作原理 5 4.2.3 终端模块的结构 6 4.2.4 主要功能模块原理 6 五、 视频网络无线传输系统结构 9 5.1 基于无线网桥的视频传输 10 5.2 关键性设备的性能特点 11 一、 系统
2、概述 变电站报警系统是电力安防系统的一个重要部分，采用无线网络远程遥控技术，由微机后台软件进行管理。在整个系统的使用过程中，各端发生警情后，终端探头探测到非法入侵或紧急求助等情况时，用户可以通过后台监控软件查实当前数据，并可通过后台视频软件直接查看现场情况，详细了解警情发生的地理位置、布置情况等，记录、存储现场视频资料，为用户赢得充分时间并提供重要的现场视频证据。 此项目立足于胜利油田变电站现场，属于野外临时变电站视频监控项目。具体现场工作情况如图1-1所示：35KV的三相电压通过三个闸刀进入变压器变压后，通过另外三个闸刀输出6KV的电压。监控现场主要预防变压器油是否被盗取；三相电压的输入
3、和输出闸刀是否正常等工作。 图1-1 现场工作模拟图 二、 系统设计原则 A. 实用性原则 系统采用成熟的先进技术生产的产品，采用无线网络视频传输实现对现场的监控，并进 行远程遥控。 B. 可靠性原则 主机选材均考虑工业级产品，保证控制器野外工作的稳定性和可靠性；其他元器件 采用成熟技术产品，不与控制器配合使用，避免系统进行交叉，不会因为其他系统问题导致控制器瘫痪。 C. 高性价比原则 选择功能齐全、价格适中，产品性能稳定、可靠、售后服务低，不容易引起干扰的产品。 三、 系统结构组成及安装方式 本系统由主机、视频采集模块（摄像机+云台）、视频发送模块（无线网桥）、监
4、控数据后台软件和视频后台软件五个部分组成。主机采用不锈钢矩形机箱，主要包括：电源模块、终端模块、集线器模块、视频编码器以及防雷模块。主机外形尺寸如图3-1所示。终端模块采用油井监控终端的部分模块，主要包括：电源管理模块、中央处理器模块、交流模拟量综合模块等。视频采集模块以及视频无线发送模块采用了南京智达康的带云台一体化球机和ZA-5000-I无线网桥。主机、摄像机以及无线网桥均安装在被监控电力线的水泥杆上，电力线或变压器一旦被盗、三相断线或停电，主机立即探知并以无线网桥无线传输的方式发送报警信息给终端监控软件通知用户，后台软件接受并显示存储报警信息，根据信息判断可能出现的故障线路，用户可通过后
5、台视频软件实时观察现场可能的线路情况，并派相关人员到现场查验情况，处理相关问题。系统现场工作如图3-2所示。 图3-1 主机机箱尺寸图 图3-2 系统模拟现场工作图 四、 控制主机系统结构 主机主要包括：电源模块、终端模块、集线器模块、视频编码器以及防雷模块。终端模块采用油井监控终端的部分模块，主要包括：电源管理模块、中央处理器模块、交流模拟量综合模块等。主机设计框图如图4-1所示。 图4-1 主机系统设计框图 4.1 电源管理模块设计 电源模块提供现场所有设备的供电需要，自动化部通过PT变换给出220VAC直接提供给终端模块。终端电源板把输入的交流电压转换为三
6、路直流电压，一路24V向外输出、一路24V和1路5V向内供给总线板。电源管理模块还需进行二次变压处理给出交流24V供给云台电源。 4.2 终端模块 终端模块采用的油井监控终端的部分模块（一块电源板、一块CPU板、两块交流模拟量综合板），完成300KV的三相电压、6KV的三相电压、流的采集，并将采集的数据通过CPU板以太网的方式传输给集线器，集线器通过无线网桥传输到后台监控软件，进行实施数据的监控。 4.2.1 终端模块的组成 终端模块由4个基本模块以及其底层应用软件组成，4个基本模块分别为：电源模块、CPU模块、2个交流模拟量采集模块。如图4-2所示。 图4-2 终端模块组成框图
7、 4.2.2 终端模块的工作原理 终端是一个模块化的分布式功能板集中控制装置。所谓分布式控制是指除电源模块以外的全部功能板均有自己的CPU或控制器，所谓集中控制是指主控制板CPU承担中断的任务管理和调度，负责协调其它功能模块的工作，包括参数设置、任务分配、状态监测、应用组态、告警信息集中和上传等。在中断应用中只有主控板模块可以通过网络和上位机系统通信，接收上位机的命令和发送下位机的数据和告警信息。 主控板除了完成整个装置的通信、管理任务以外，还承担终端跨总线的信息交换，特别是多个局域网构成的监控系统，主控板承担网关的作用。在这里，主控板主要是以以太网的形式将数据通过无线网桥的方式传输到监
8、控后台软件上，便于实施监测现场三相电压和三相电流的数据。 除主控板以外的功能模块，针对各自任务对象实施监控和管理。这样做的好处是，应用系统组织起来比较灵活，模块化产品便于生产和维护，便于产品功能的升级和更新换代。采用功能模块分布式管理的另一个优点是功能模块的实时性得到提高，模块设计灵活性高，主要表现在同种功能模块的不同性能指标的实现上。这里主要是增加了2块交流模拟量综合板，主要是用来对2路三相电压和2路三相电流的采集。 终端主控板和各功能模块通过机架上的背板进行机械连接，通过CAN现场总线进行通信连接。各功能模块从机架背板上的电源模块获得直流24V电源，并经过隔离变换后生成符合各功能供电要
9、求的电源。 4.2.3 终端模块的结构 终端的结构分为：机架、背板、功能模块盒三个部分组成。终端结构示意图如图4-3所示。 图4-3 终端结构示意图 4.2.4 主要功能模块原理 1. 主控板原理及框图 图4-4 主控板原理框图 从图4-4可以看出CPU主控板由以下几部分组成： Ø CPU芯片AT91RM9200，其主要功能是完成油井终端的系统任务管理和调度、功能板状态检测、参数设置、接收和处理功能板上传数据和告警信息、执行以太网通信、串口通信等任务。 Ø 程序存储器Flash28F640是一个256 Mbits的可重写“闪存”，属于只读存储器。该器件有16位(bit
10、s)数据端口，可寻址范围A0~A24，寻址空间为16M地址。实际使用空间8M，如果按照32位ARM指令计算，可以存放4M大小的程序，该程序包括：根据应用需要经过裁剪的VxWorks嵌入式操作系统，BSP板级支持包，底层驱动程序和终端主控板调度和管理应用程序四个部分。 Ø 动态数据存储器HY57V281620是一个4Banks x 2M x 16bits 的同步DRAM，实际使用中采用2片该动态存储器构成32位(bits)的数据端口，共可存储8M空间的动态数据。需要说明的是主控板上电后，操作系统和应用程序自动加载到DRAM中运行，实际存放的监控过程数据空间是用8M空间减去调入的程序所占用的空间
11、 Ø SD卡可以用来存储程序，存储需要保留的监控过程数据，一段时间的告警信息，包括拍摄的图片，设置参数等需要停电保留的数据和设置信息。目前的SD卡已达到2GB的存储容量，因而，可以存储大量信息，为监控终端的应用增加了程序存储和信息存储空间，提高了系统应用的灵活性。 Ø 看门狗电路，AT91RM9200芯片本身内部自带了一个看门狗电路，为了增强系统软件的抗干扰能力，提高系统的自恢复能力，在系统设计增加了一个外部看门狗电路。 Ø I2C总线存储芯片24C16的存储容量为16Kbits，即2K字节。用于存储软硬件版本号，生产批号和生产日期，设置参数系统配置，当前终端控制器的输出状态等信息，主
12、要解决终端掉电时的工作状态保存，以便来电时恢复先前的工作参数和状态。 Ø 电源部分解决24V到5V的DC/DC变换提供相应电路的电源，并将5V进一步转换为3.3V给CPU芯片等提供电源。这部分电路主要要考虑四方面的问题，第一，供电能力，即电源的负载能力。第二，供电电路的隔离。第三，电源的退耦。第四，外部通信驱动器独立供电。 Ø CPLD是可编程逻辑器件，根据主控板的需要可以编程设计成时序电路或组合电路，实际应用中是用作地址译码器和总线驱动器，为其它芯片提供片选和控制信号。 Ø CAN控制器SJA1000为油井监控终端提供各功能模块的通信接口和CAN通信协议，实现多主通信功能。需要注意的是
13、通信驱动部分必须和主控板用光隔离器隔离，以隔绝外部通信链路对CPU主控模板的干扰。 Ø 以太网控制器DM9161是为了实现以太网通信功能的控制器芯片。AT91RM9200本身提供一个以太网MAC地址和相应的控制器，DM9161和其配合可实现1路网络通信。这样设计的目的有两个，第一，提高网络通信的安全性，两路网口互为备份。第二，可以作为简单的网络路由器和其它的专用网络连接，提高终端的应用范围。 Ø UART串口通信电路，AT91RM9200芯片提供了4个同/异串行通信接口。通过跳线器，可以选择RS485或RS232串行通信方式，串行通信的接收和发送端用光电隔离器隔离。该接口可以提供人机交互接
14、口，外部传感器通信接口和笔记本调试、检测或应用程序下载接口。 Ø LED指示灯和蜂鸣器，提示系统的工作状态，通信状态和告警状态。 2. 模拟量采集板原理及框图 图4-5模拟采集模块原理框图 从图4-5可以看出，该模块主要由DSP控制器，电源，看门狗，带隔离的内部CAN总线收发器，模拟量输入、调理和隔离电路组成。其中，图中虚线框起来的部分是可选功能。 五、 视频网络无线传输系统结构 视频图像的获取是由视频采集部分来完成的，采集的视频可以分成模拟视频和数字视频两种。图像的转换和播放是由终端的计算机或者其他嵌入式产品程序完成，属于对图像的应用范畴。很显然，视频的采集与对视频展开的应用
15、常常不是在同一个地方完成的，因此存在一个通信过程：负责将前端采集的模拟或者数字视频进行有效、可靠地传输。本系统实现视频图像通信是利用无线网桥的方式以完成远程无线视频传输。 5.1 基于无线网桥的视频传输 无线网桥实现远程视频传输是一个比较成熟稳定的技术，系统主要分为四个部分：视频采集端、视频发送模块、服务器端，用户终端后台软件。视频采集端主要是云台摄像机进行视频的采集，云台与无线网桥相连接，通过以太网的方式发送控制信号到后台视频软件显示，视频图像与视频编码器相连后，以以太网的方式与无线网桥相连后发送视频信号到后台视频软件显示并可以保存到服务器中，如图5-1所示该项目无线网桥网络视频传输系统
16、拓扑图。国内基于无线网桥实现视频网络传输的公司也非常多，产品成熟稳定，可维护性高，应用范围很广，对于矿产、油田、野外变电站等环境中都有成功的案例，在防雷/抗雷、防雨/雪等方面都有很好的保证。本项目采用的是南京智达康的带云台的一体化球机以及54Mbps户外点对点,点对多点,天线一体化无线网桥。具体设备型号见表5-1所示。 图5-1 变电站无线网桥网络视频传输系统拓扑图 注：虚线为自动化部高压取电部分，属于主机外部设备 表5-1 南京智达康购买设备列表 产品型号 产品名称及规格 Z-6100-T 单路D1视频服务器 Z-VC9018DN 一体化高速球型摄像机（18倍变焦）
17、 ZA-5000-VI 54Mbps户外点对点,点对多点,天线一体化无线网桥（内置23dBi天线） 5.2 关键性设备的性能特点 1. Z-6100-T单路D1视频服务器 Z-6100-T是一款通用型应用的高性价比高清网络视频监控产品。Z-6100-T采用高性能 的DSP作为MPEG/H.264编码核心，并加入自主知识产权的优化算法，可在低码率下获得高清晰的监控图像。主要功能特点如下： Ø 采用MPEG/H.264编码技术，提供高分辨率D1画质； Ø 采用智达康自有知识产权的压缩算法，保证用户在低带宽条件下获得高清监控画面； Ø 采用高性能DSP作为编码核心，并内置硬件看门狗
18、保证设备长时间稳定工作； Ø 提供双向语音接口，可保留更多现场信息； Ø 内置嵌入式WEB服务器，可通过网络浏览器直接浏览监控画面； Ø 超小型设计，通用型应用产品。 2. ZA-5000-VI IEEE 802.11a 54Mbps室外无线网桥 ZA-5000-VI 室外无线网桥工作在5GHz 频段，采用OFDM(正交频分复用)技术，具有 速率高、距离远等优点，为电信运营商、ISP 及行业用户提供了强有力的解决方案，使客户可以在短时间内低成本地架设“最后X 公里”的宽带接入系统。户外一体化的设计(内置23dBi 平板天线)更便于安装。主要功能特点如表5-2所示。 表5-2 Z
19、A-5000-VI室外无线网桥特性表 基本特点 描述 室外无线网桥 支持标准 IEEE 802.11a IEEE 802.3u IEEE 802.3af 支持的协议 TCP/IP IPX NetBEUI 速率选择 Best / 54 / 48 / 36 / 24 / 18 / 12 / 9 / 6 Mbps 看门狗 支持 功率可调 支持 连接测试功能 支持 无线客户端连接显示 支持 功能特点 AP 模式 支持 桥接模式 点对点、点对多点、中继 WDS AP＋桥接 生成树协议 支持 查找IP 地址 Yes 路由功能 支持 Any IP
20、 支持 DHCP DHCP Server、DHCP Client Super A 支持 点对多点 8 个 Smart WDS WDS 组ID 带宽控制 支持 接口类型 LAN 1个10/100-BaseTX RJ-45 以太网口 天线或天线接口 1 个集成的23dBi 平板天线(9°×9°) 复位键 支持 接地 支持 电气特点 POE 供电 支持 电源 48V DC，兼容IEEE 802.3af 标准 功耗 250mA@48V 蜂鸣器 支持(信号强度指示) 射频特性 频率 中国：5.725GHz～5.850GHz 欧洲：5.15
21、GHz～5.35GHz 5.47GHz～5.725GHz 美国：5.725GHz～5.825GHz RF 输出功率 18dBm±2dBm 接受灵敏度 Sensitivity @ Packet Error Rate≦8-10% 11a: －65dBm@54Mbps －66dBm@48Mbps －70dBm@36Mbps －74dBm@24Mbps －77dBm@18Mbps －79dBm@12Mps －81dBm@9Mps －82dBm@6Mbps 管理特性 Web 管理 支持 SNMP MIB 支持 Telnet SSH 系统日志 支持 F/W 升级 Web / TFTP 备份配置 Web / FTP 安全特性 WEP 加密 64 / 128 / 152 位 Radius 接口 支持 802.1x 支持 WPA 支持 MAC 地址控制 支持 SSID 广播 隐藏AP Station 隔离 支持 无线端隔离 支持 物理特性 尺寸 305mm(长)×305mm(宽)×88mm(高) 重量 3.4 Kg 环境特性 工作温度 －20～65℃ 储存温度 －20～80℃ 工作湿度 5～95﹪
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