石化企业工业电视监控系统的设计及研究

谷越

（中海石油中捷石化有限公司，河北 沧州 061101）

0 引言

目前我国石化行业处于高质量发展阶段，随着石油化工生产技术的发展，新技术、新工艺、新管理模式不断应用，企业也向着大规模方向发展，因此对监控平台的要求也更严、更高，工业电视监控系统呈现出数字化、网络化、智能化的发展趋势。本文针对石化企业工业电视监控系统进行了全面网络架构设计，消除原有平台隐患，整合新老厂区监控平台，实现全厂监控平台统一管理[1]。

1 原监控平台现状分析

企业原有工业监控系统分布于新厂与老厂，并独立运行，新厂区电视监视系统于2016年安装投入使用，全厂工业电视监控系统包括重大危险源监控、所有生产车间监控、高温内窥监控、周界安防监控等内容。系统为全数字高清摄像机，统一管理，统一存储，系统在装置区及围墙、操作室、营业室共安装有141路各类高清摄像机，在中控室楼内设有集中存储的磁盘阵列以及视频监控综合管理平台，中心控制室和各分控中心均使用监控系统的计算机客户端实现对本管辖区域的摄像机的调用功能。老厂区和新厂区监控系统运行模式不同，老厂区目前基于独立运行的监控系统，每套监控系统均在控制室内本地的监视及控制、录制及录像调用。老厂区在用摄像机约280台，各监控设备最早安装时间为2006年，模拟系统、数字系统混杂，且各装置单独存储，无法实现集中控制、管理。同时老厂监控系统清晰度不高，设备老化，故障较多，各个运行部分只能各自在其管理的控制室安装模拟硬盘录像机，用于控制和录制运行部辖区内的监控摄像机，无法实现视频数据互传。调度室、门卫室、中控室等重要位置无法调用各装置图像，监控系统存在设计缺陷，给安全生产带来很大隐患[2]。

中心控制室于2019年检修过程中完成1#中控室改造项目，DCS、SIS、CCS系统均实现中心控制。而监控系统则分区域、分装置配置控制站节点监控，存在问题：一是缺少重点区域监控视频解码上墙功能，无拼接大屏显示终端，区域监控管理过于分散，存在一定隐患。拼接大屏是公司监控平台智能一体化核心设备，对未来安防、火灾报警、门禁等系统的整合提供先进接口技术，必须在改造项目中实施。二是全厂监控系统未能实现最高层核心端控制统一调用。经过全面技术交流，充分掌握国内主流设备技术参数，同时对附近石化企业实地考察，最终确定符合中控室整体布局的设备规格参数及完善详细的网络架构 方案。

2 新老厂区工业监控系统整合方案设计

2.1 网络架构搭建

网络架构设计了三层结构，用于电视监视系统的局域网系统采用专用万兆监控网络。系统采用基于IP应用的工业级以太网结构，由核心层、汇聚层和接入层三级构架组成。这样可以有效降低核心交换机网络负荷，便于网络扩展的后期改造。

以老厂区储运机柜间为汇聚层网络节点（储运单元机柜室增设核心万兆交换机与新厂区核心层网络通信，代替原千兆交换机网卡，以满足两个厂区大负荷视频流数据交换），老厂区各装置管线分别接入储运单元控制室，以便于接收从新厂区中控室机房的直达信号，稳定可靠，位于新老厂区网络的中间段，可以同时兼顾到新厂区，一旦网络发生故障，仍可保证调用正常区域图像，不至于处于局部网络故障时造成整个平台瘫痪[3]。

老厂区各个机柜室增设千兆网络交换机作为接入层节点，现场分布的各摄像机通过硬盘录像机实现管理与控制，这样有效节省了平台内IP通道占用，同时节省了存储空间，减少磁盘阵列负荷，也就较少了系统整合改造的投资成本。

监控平台设备主要覆盖新厂区及老厂区两个区域。新厂区包括中心控制室、循环水场变电所、火炬及气柜变电所、250万吨/年重交沥青装置、60万吨/年汽油加氢脱硫装置、80万吨/年柴油加氢精制装置、60万吨/年芳构化装置、空分空压站、储运单元、原油卸车场及营业室、汽车装卸站及营业室；老厂区包括 5万吨/年MTBE装置、8万吨/年聚丙烯装置、老厂区储运罐区、25万吨/年气分装置、3万吨/年甲乙酮装置、50万吨/年催化装置、120万吨/年催化装置、350万吨/年重交沥青装置、200t/h污水处理、5000吨/年硫磺、30万吨/年柴油加氢装置。针对上述分布区域进行网络布局。

2.2 综合平台升级方案

视频管理服务器采取双机热备方案，采用一主一备的方式，当主服务器发生掉电、网络故障等问题，可自动转为备用服务器工作，且无延时、无停顿，主、备服务器均应具有自愈能力。通过软件平台，实现对录像服务器及虚拟矩阵控制器的管理及配置。通过图形化网络管理软件对整个网络和连接在网络的设备进行诊断、设置和管理。

视频管理平台通道扩容升级，建立统一的集中监控中心及后台存储，对原有新厂区已有监控系统平台增加硬件设备和软件路数授权。扩容和改造后，新厂区监控中心将成为整个新老厂区监控系统的总控制中心，新监控中心原有的视频综合管理平台服务器，服务器有200路视频接入授权，已使用141路，剩余59路。老厂区并网监控点位约280路。本次升级监控平台进行500路视频接入授权，如图1。

老厂区储运控制室增设磁盘阵列CVR，满配36块4T监控工业硬盘，采用RAID5模式，局部热备，多重数据安全保护。实现新增摄像机不低于30天、1080P格式不间断录制。这样最大程度分担了新厂区CVR存储故障风险，即“集中管理，分散存储”。磁盘阵列实现智能补录（ANR）、录像丢失检测报警，可确保网络异常时录像数据的完整性，并具备自我监测及异常修复，可确保配置信息异常时数据不丢失、业务不中断，支持存储设备内部数据备份和设备间异地数据备份，进一步提高数据的安全可靠性。该方案同时保留了老厂区现场各机柜间内硬盘录像机的视频调用，提高了监控系统的稳定性及可操作性[4]。

2.3 中心控制室拼接大屏方案

整体拼接屏幕配置55寸，5行7列（共计35块）框架施工，逐一安装单块拼接屏幕，拼接大屏后配置独立电源分配箱，保证解码矩阵、屏幕独立供电，互不影响。装修工程恢复后进行网络架构方案实施，拼接大屏背后配置网络机柜一台，用以架设解码矩阵及24口千兆交换机。大屏主控电脑至解码矩阵采用2条 HDMI（光纤转换）接口连接，既保证了高清视频信号清晰度，又保证了传输的冗余性。解码矩阵配置18块视频解码模块，每模块配置2路HDMI输出，用于35块拼接屏幕视频流并行通讯上墙显示。18块模块独立网卡连接千兆交换机，以减小解码矩阵码流负荷。35块屏幕以RS232接口串行“手拉手”形式完成所有屏幕的总线通讯控制。编号为35号屏幕采用网线连接至交换机，如图2。

安装拼接屏幕驱动程序（MultiLCD- v1.3.3），完成相应参数设备。为保证解码模块、主控电脑对全厂监控系统所有摄像机的正常访问，逐一对其网段进行配置。在IE环境下登陆192.168.1.200，完成解码矩阵的视频配置，批量添加全厂监控设备IP地址，分组管理拼接屏幕的组合及拆分显示正常。

3 平台整合后效果综述

3.1 平台功能模块

保证安全生产是石化企业提升经济效益的前提，整合后监控系统平台有效实现全厂统一管理、分散控制，涉及“两重点一重大”装置得到全面监控。监控系统部署方便、操作简便，充分体现监控安防管理的效率。平台提供了中心管理、日志管理、流媒体服务、存储管理、文件备份、移动服务、报警管理、电视墙大屏幕、网管服务等服务，同时具备设备抽象模型和外设接入服务，可以兼容多厂商、多种类、多协议的各种异构硬件，支持接入第三方视频设备、门禁等系统，如图3。

系统具备了自我诊断功能和较强的容错性，不会因误操作等原因导致系统出错和崩溃，具有数据备份和恢复功能，能自动生成系统运行日志，供查询和打印。电视监控平台实现了根据摄像头、时间、地点、报警等信息检索查询集中录像、分级录像、分布录像，并可剪辑、下载、导出。系统还具备自动覆盖过期录像、存储空间不足报警，损坏资料维护、数据同步等功能。存储管理服务器实现对系统内存储大量实时数字图像的IPSAN设备进行集中管理以及存储资源的动态分配，从而实现实时监控、数据回放、备份。

整合后的监控平台优势在于可快速获取可视范围内的一切信息，极大提高人力、物力使用效率，达到了管理工作中宏观掌控和微观取证的效果。采用统一的系统标准和通信协议，使整个系统中各个子系统间能互联互控，充分发挥整个系统的功能[5]。

3.2 技术管理要求

改造后电视监控平台的维护与管理更应跟上步伐，建立完整的设施设备台账、技术档案、管理考核制度、操作流程、责任制等管理。同时要制定完整的设施设备保养计划，严格按计划对各部门的设备设施进行季度、年度维护保养工作。

新老厂区电视监控平台整合后前端摄像设备大幅度增加，网络负荷变大，对于监控系统的各种设备来说，由于设备直接置于有灰尘的环境中，对设备的运行会产生直接的影响，需要重点做好防潮、防尘、防腐的维护工作，对容易老化的监控设备部件每年定期进行全面检查，一旦发现老化现象应及时更换、维修，如防爆云台前段、防爆箱内收发器、显示器等。防雷的措施主要是要做好设备接地的防雷接地网，即应按等电位体方案做好独立的地阻小于1欧姆的综合接地网。定期对监控系统和设备进行优化，主要包括监控客户端软件、拼接大屏软件、控制软件等故障排除及恢复、病毒防范及消除、硬盘垃圾清理、电脑外设安装调试、系统安装调试与维护、应急、系统恢复及日常维护。

4 结论

随着智能工业监控平台技术的不断发展，石化企业不断深化，未来会融合车辆识别联网、装置热成像、人脸抓拍、智能巡检等强大功能。通过本次电视监控系统与拼接大屏整合改造，全厂电视监控系统实时图像顺利解码上墙，有效反映现场生产装置、重点危险源真实情况，解决了监控系统布局分散化的弊端，中控室配置了主控操作站，实现核心端的统一调用、分配，保证系统集中控制、统一管理，将监控数据和安全生产紧密结合。投用后的平稳运行验证了网络架构的可靠性以及设备选型的稳定性。本次改造更是公司向智能化、高端化炼厂不断深化发展的重要标志，同时也为石化行业监控平台的整合、改造提供良好的借鉴。