水厂扩建中的安防系统搭建方案探讨

王 娇

(成都市自来水有限责任公司，四川成都610000)

某市自来水厂现有规模分为1期和2期，计划在原水厂旁新增1座具有6条产水流线的制水工程。该工程的建设涉及视频监控系统、门禁巡更系统以及周界系统的搭建。为了在尽可能节约人力物力的情况下，实现厂区安全、稳定运行，需要对安防系统搭建进行合理性研究，以制定出可靠性、经济性最佳的方案。

1 水厂新增视频监控系统的搭建

1.1 视频监控系统现状

目前，水厂视频监控系统采用模拟传输与数字存储相结合的方式，现场摄像机的视频及控制信号通过光缆传输到中控室，经光端机转换为视频及控制信号。视频信号通过视频分配器一分为二，一路连接到硬盘录像机上进行视频存储，另一路连接到矩阵，通过矩阵切换主机可将每个监控点的图像切换到与主机相连接的监视器上显示。控制信号则通过码分配器连接到矩阵后，通过主控键盘或副控键盘控制摄像机云台及变焦镜头。中控室电视墙采用的监视器支持DVI、VGA和CVBS中的任意1种输入信号，后期建设无论是采用模拟还是网络监控系统，都可以利用现有的电视墙进行监控显示。

水厂1期在加药间、鼓风机房、送水泵房及综合楼各配有1套带3 kV·A UPS的监控子站，由监控子站实现现场63套摄像机的供电和信号采集。每个摄像机配置1套就地安装盒，通过光端机将模拟摄像机的视频和控制信号转换为光纤信号并接入就近监控子站，再由监控子站的光缆终端盒汇总成1根多芯的单模光纤，接入中控室通讯柜。

水厂2期为1期的扩建工程，在拆除1、2期之间围墙的同时也拆除了围墙上的6套监控摄像机。但2期厂区内布置了60套模拟摄像机，现场监控系统构架没有变化，2期视频监控系统只是一个扩容的过程。通过2期鼓风机房，1#、2#沉淀池前端和3#、4#沉淀池前端共设置的3个监控子站，对现场摄像机进行供电、视频和控制信号的采集。整个水厂2期内的视频监控系统都由鼓风机房内配置的6 kV·A UPS的配电柜进行配电。厂区摄像机的视频及控制信号也通过光端机转换为光纤，在监控子站中汇总后，接入中控室。

水厂现有视频监控系统中的视频存储及控制等设备都设置于厂区中控室机房，机房内除了视频监控设备柜外还有自控设备柜等，如图1所示。该机房剩余的空间有限，无法容纳新增监控系统的硬盘录像机、UPS、光端机等设备，故新增厂区需新增控制室。

1.2 视频监控系统的搭建方案

参考厂区1、2期摄像机布置情况，新增厂区摄像机数量约为80台。根据此规模分析水厂新增视频监控系统的搭建方案。

1.2.1 方案一

在该方案下，新增厂区建设一套独立运行的网络视频监控系统。

图1 水厂中控室机房布置

网络视频监控系统主要分为：采集部分(网络摄像机)、传输部分(有线IP网路)、存储部分(存储模块)、显示部分 (电视墙模块)和管理部分(中心服务模块、客户端)。该方案独立于原视频监控系统，在新增厂区设置1套网络视频监控系统，系统的存储、显示及管理等设备都布置于新增厂区中控室。

该厂区设置4套监控子站，分别位于1#、2#沉淀池前端，3#、4#沉淀池前端，5#、6#沉淀池前端以及鼓风机房。厂区内的网络摄像机通过网线或光纤方式将信号传输到监控子站，监控子站的交换机将现场汇总后的网络视频信号传输到新增中控室，与中控室中汇聚交换机进行连接。汇聚交换机得到现场的网络视频信号后，一方面与网络视频存储模块(NVR)及管理服务器等设备相连，进行视频存储与监控；另一方面，与新增中控室中的网络视频解码器连接，实现新增厂区网络视频信号上墙显示功能。整个新增厂区网络视频监控系统构架见图2。

图2 新增厂区网络视频监控系统构架

1.2.2 方案二

在该方案下，原中控室作为总控室，新增厂区中控室设为分控室。

视频综合平台是集编码、数字矩阵切换、解码于一体的高度集成化产品。它具有SDI编码板、BNC编码板、DVI编码板、解码板和网络交换板等，这些业务版块按需配置，可以轻松地实现模拟、模数、数字等多种监控网络的接入,无缝连接报警联动、网络码分器等低速业务以及光纤网络高速数据接入。视频综合平台可将各功能业务模块化，并替代模拟监控系统中的模拟矩阵、解码器、编码器和大屏控制器等设备。模拟和网络监控系统进行融合时，系统间设备的兼容问题由视频监控平台统一考虑，只需将模拟、网络摄像机的信号连接到视频综合平台对应的端口即可。系统具有可扩展性、集约化等优点。

该方案需在原中控室和新增中控室各设置1套视频综合平台，2个平台之间通过光纤进行级联。原1期摄像机传输到中控室的视频、控制信号与视频综合平台中的SDI编码模块连接，再通过配置的网络交换模块，连接原系统中的硬盘录像机、管理服务器等设备，实现数据的保存及管理，而监控视频上墙功能则由视频综合平台中的DVI编码模块来实现。2期采用的硬盘录像机(型号为HCVR1604HG-SFD-V4)具备模数转换功能，能够将模拟视频信号转换为网络信号。故2期摄像机接入视频监控系统，只需将摄像机可与硬盘录像机连接后，再将该硬盘录像机与视频综合平台的网络交换模块相连。新增厂区采用网络摄像机，现场各安防柜内交换机汇总摄像机信号后通过光纤接入视频综合平台。原总控室和新增中控室中，均布置1套电视墙分别显示厂区视频信号。

1.2.3 方案三

在该方案下，整个水厂的视频信号融合后在1期中控室统一显示。

① 方式1

为了实现水厂视频监控系统的统一监控，该方式采用视频服务器将厂区原有的模拟信号转换为网络信号，再与新建的网络视频监控系统融合，由原中控室集中监控。水厂2期硬盘录像机可直接接入网络视频监控系统，因此，该方案只需为原1期模拟监控系统增加视频服务器。1期模拟视频信号转换为网络信号后，通过新增的网络硬盘服务器(NVR)进行存储。

② 方式2

该方式下，采用混合型硬盘录像机实现模拟和网络监控系统的融合。随着网络视频监控系统的日渐成熟，必然存在一个过渡状态：模拟摄像机与网络摄像机在同一个监控系统中共存。在该状态中混合型硬盘录像机扮演着一个承前启后的重要角色。利用其具有同时连接模拟摄像机和网络摄像机这一特性，可将水厂1期模拟摄像机的视频信号和RS485控制信号连接到更换的混合型硬盘录像机上；只需将2期模拟摄像机的控制线接入现有的硬盘录像机即可；新增厂区的网络摄像机则与网络硬盘录像机连接。最后，各期硬盘录像机通过交换机汇总后，由管理服务器统一进行监控、管理。

1.3 视频监控系统的方案对比

将新增视频监控系统的3个搭建方案进行综合对比分析，如表1所示。

表1 水厂视频监控系统方案对比

可以看出，方案一在前期投入和系统的可实施性方面都有明显优势。若系统设计和建设阶段为远期视频接入预留足够的接口，该方案同时具有较好的远期扩展性。因此，方案一为可选方案。

2 水厂新增门禁与巡更系统的搭建

2.1 门禁与巡更系统的情况

水厂1、2期门禁及巡更系统采用双CAN工业总线系统，由36套门禁控制器、111套读卡器以及相应的电锁、按钮等设备构成。1期的门禁控制器和通讯控制器等门禁设备就近放置在自控柜或安防设备柜中，不利于后期系统维护。因此，2期厂区单独为安防系统设置了3套设备柜(鼓风机房JX1，沉淀池前端设立JX2、JX3)，2期门禁、巡更信号就近接入这3个设备柜进行汇总，再通过光纤传输到原中控室门禁设备柜中。

根据现有厂区门禁巡更设备的分布情况，初步得出新增厂区门禁及巡更涉及到的读卡器总计83套，其中：配水井，2套；预沉池，12套；沉淀池，12套；滤池，10套；鼓风机房，9套；周界，8套；出厂水仪表间，2套；加药间，7套；加氯间，10套；中控室，2套；脱水间及浓缩池，9套。若不考虑设备安装地点的不同，新增厂区至少需要安装21套4门门禁控制器。

2.2 门禁巡更系统的搭建方式

2.2.1 方案一

在该方案下，新增厂区设立一套独立运行的双CAN总线门禁巡更系统。

总线型门禁巡更系统是目前使用范围最广的出入口控制系统，具有高可靠性、高容错能力，所采用的CAN BUS总线的数据通讯方式具有突出的安全性和可靠性。因此，新增厂区可继续采用双CAN总线门禁巡更系统。将新增厂区的门磁、电锁、巡更点等设备与门禁控制器连接后，通过CAN总线串联安防设备柜内的门禁控制器、报警控制器、通信控制器；再将通讯控制器转换出的门禁信号，与门禁控制主机和门禁服务器相连，实现门禁信号的实时监控。

本数据采集系统中设计的总线长32 m,每隔1 m接入一个从站单元,测试时在A1从站的第3通道接入3 V的电压,其余通道和从站悬空,发送查询指令后上位机收到的数据如图9所示。

2.2.2 方案二

在该方案下，在现有双CAN总线式门禁巡更系统的基础上扩容。

新增厂区增加的门禁控制器约为21套，加上1、2期36套门禁控制器，水厂共有57套门禁控制器，可合为一套门禁系统。因此，保持1、2期原有门禁系统不变，只在新增厂区增加门禁设备。新增厂区中设置4个安防就地设备柜，用于布置现场的安防设备例如门禁控制器、报警控制器、通讯控制器等。门禁控制器采集现场读卡器、按钮信息后控制门磁、电锁动作。报警控制器与门禁控制器相连，有人闯入时，将信号传输到报警主机与视频及安防报警系统联动。而通讯控制器将现场的CAN总线信号转换为TCP/IP形式，与服务器和门禁控制主机相连，通过网络对现场的门禁控制器进行集中监控。

2.2.3 方案三

在该方案下，新增厂区设立一套独立运行的网络门禁巡更系统。

在智慧城市物联网的快速发展下，TCP/IP网络门禁逐渐被运用到安防系统中。由它组成的系统兼容性和互操作性好,资源共享能力强，易实现现场数据与信息系统上的资源共享，且数据的传输距离长，传输速率高。新增厂区设立一套独立运行的网络门禁巡更系统，TCP/IP网络门禁控制器采集现场的门磁、电锁、巡更点等设备信号后，通过以太网端口与安防设备柜内的交换机连接，通过Internet网络实现对现场门禁设备的监控，如图3所示。

图3 网络门禁巡更系统构架

2.2.4 方案四

为了实现整个水厂门禁系统的统一管理，融合CAN总线型门禁系统和TCP/IP网络型门禁系统是亟待解决的问题。现有的1、2期门禁控制器只支持CAN工业总线，远期若要采用TCP/IP的门禁系统，则需要将现有门禁信号融合到新建的网络门禁平台中，即保留1、2期门禁系统设备，采用能够同时监控CAN总线和TCP/IP门禁控制器的门禁监控软件来替换原门禁系统软件，再通过交换机将新增厂区门禁控制器信号接入原中控室，实现全厂2种类型的门禁系统融合。

2.3 门禁巡更系统搭建方案对比

对门禁巡更系统各个搭建方案进行比较，如表2所示。

综上所述，方案三采用的网路门禁巡更系统具有较高的可靠性和易实现性。该系统不受原门禁设备品牌的限制，能与第三方设备互联，具有较好的扩展性。因此，方案三为可选方案。

表2 水厂门禁巡更系统方案对比

3 水厂周界系统的搭建

3.1 周界系统现状与新增厂区情况预估

水厂1、2期厂区周界采用电子围栏系统，采用总线分区管理和传输，目前共有23个防区，报警信号通过脉冲主机传入中控室的报警主机。在保安值班室内能够采用电子地图监控全厂的周界安防。

水厂周界报警系统由带电脉冲的电子缆线(电子围栏)及脉冲主机组成。电子缆线产生的非致命脉冲高压能有效击退入侵者，并把入侵信号发送到保安值班室。报警主机与电视监控系统组成联动控制系统。报警信号可联动监控主机、录像机，实现报警切换视频、报警录像、触发报警信号等功能。

新增厂区设计为6条产水流线，按1、2期厂区占地规模进行估算。如图4所示，新增厂区紧靠1、2期建设，与1、2期交界处围墙已安装有电子围栏，新增厂区需安装电子围栏的周界长度为1 250 m。按照100 m 设置1个防区计算，新增厂区需设置13个防区。

图4 水厂周界系统

3.2 水厂厂区周界系统的搭建方式

3.2.1 方案一

在该方案下，在现有的总线式周界基础上扩容。

总线式周界报警系统是目前广泛运用的一种周界报警方式，由于新增厂区周界防区数量不大，可以直接在现有的周界系统中进行扩容。即新增厂区中增设2路周界报警总线，该报警总线由中控室安防设备柜引出并沿围墙敷设到与2期周界交界处，串联新增厂区的脉冲主机，以达到采集周界入侵信号的目的。采用总线传输周界信号所允许的数据传输距离最长不超过1200 m。为确保信号传输的稳定性，新增厂区的2路RS485报警总线通过光端机转换为光纤传输，与1、2期中控室的报警主机相连。

3.2.2 方案二

在该方案下，新增厂区单独设置1套网络型周界系统。

网络周界系统通过交换机连接附近的1个或多个IP型脉冲主机，再以光纤传输现场报警信号至中控室，并通过监控软件实现与视频系统的联动和周界防区的撤、布防，如图5所示。

3.3 周界系统方案对比

对厂区周界系统的各个设置方案对比分析，如表3所示。

图5 网络型周界系统结构

表3 水厂周界系统搭建方案对比

综上所述，虽然方案二在远期可扩展性方面具有优势，但不能实现厂区周界系统的统一管理。目前网络周界系统正处于发展的初期，信号稳定性还有待考量，系统提升空间较大。方案一在经济性、可靠性、系统实施性方面都具有明显优势，故方案一为可选方案。

4 结语

水厂的扩建必然涉及安防系统的构建与融合。要使扩建后的水厂达到预期的生产效果，并确保整个生产过程的可靠性及安全性，采用最新的可靠技术来替代早期技术是一个必经的过程。在引进新技术的同时，要通过对比分析系统方案，最终获得在新旧技术的共存情况下高效、可靠的安防系统搭建方案。