王 嬌

(成都市自來水有限責(zé)任公司，四川成都610000)

某市自來水廠現(xiàn)有規(guī)模分為1期和2期，計(jì)劃在原水廠旁新增1座具有6條產(chǎn)水流線的制水工程。該工程的建設(shè)涉及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁巡更系統(tǒng)以及周界系統(tǒng)的搭建。為了在盡可能節(jié)約人力物力的情況下，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要對安防系統(tǒng)搭建進(jìn)行合理性研究，以制定出可靠性、經(jīng)濟(jì)性最佳的方案。

1 水廠新增視頻監(jiān)控系統(tǒng)的搭建

1.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，水廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用模擬傳輸與數(shù)字存儲相結(jié)合的方式，現(xiàn)場攝像機(jī)的視頻及控制信號通過光纜傳輸?shù)街锌厥?，?jīng)光端機(jī)轉(zhuǎn)換為視頻及控制信號。視頻信號通過視頻分配器一分為二，一路連接到硬盤錄像機(jī)上進(jìn)行視頻存儲，另一路連接到矩陣，通過矩陣切換主機(jī)可將每個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的圖像切換到與主機(jī)相連接的監(jiān)視器上顯示?？刂菩盘杽t通過碼分配器連接到矩陣后，通過主控鍵盤或副控鍵盤控制攝像機(jī)云臺及變焦鏡頭。中控室電視墻采用的監(jiān)視器支持DVI、VGA和CVBS中的任意1種輸入信號，后期建設(shè)無論是采用模擬還是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，都可以利用現(xiàn)有的電視墻進(jìn)行監(jiān)控顯示。

水廠1期在加藥間、鼓風(fēng)機(jī)房、送水泵房及綜合樓各配有1套帶3 kV·A UPS的監(jiān)控子站，由監(jiān)控子站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場63套攝像機(jī)的供電和信號采集。每個(gè)攝像機(jī)配置1套就地安裝盒，通過光端機(jī)將模擬攝像機(jī)的視頻和控制信號轉(zhuǎn)換為光纖信號并接入就近監(jiān)控子站，再由監(jiān)控子站的光纜終端盒匯總成1根多芯的單模光纖，接入中控室通訊柜。

水廠2期為1期的擴(kuò)建工程，在拆除1、2期之間圍墻的同時(shí)也拆除了圍墻上的6套監(jiān)控?cái)z像機(jī)。但2期廠區(qū)內(nèi)布置了60套模擬攝像機(jī)，現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架沒有變化，2期視頻監(jiān)控系統(tǒng)只是一個(gè)擴(kuò)容的過程。通過2期鼓風(fēng)機(jī)房，1#、2#沉淀池前端和3#、4#沉淀池前端共設(shè)置的3個(gè)監(jiān)控子站，對現(xiàn)場攝像機(jī)進(jìn)行供電、視頻和控制信號的采集。整個(gè)水廠2期內(nèi)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)都由鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)配置的6 kV·A UPS的配電柜進(jìn)行配電。廠區(qū)攝像機(jī)的視頻及控制信號也通過光端機(jī)轉(zhuǎn)換為光纖，在監(jiān)控子站中匯總后，接入中控室。

水廠現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的視頻存儲及控制等設(shè)備都設(shè)置于廠區(qū)中控室機(jī)房，機(jī)房內(nèi)除了視頻監(jiān)控設(shè)備柜外還有自控設(shè)備柜等，如圖1所示。該機(jī)房剩余的空間有限，無法容納新增監(jiān)控系統(tǒng)的硬盤錄像機(jī)、UPS、光端機(jī)等設(shè)備，故新增廠區(qū)需新增控制室。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的搭建方案

參考廠區(qū)1、2期攝像機(jī)布置情況，新增廠區(qū)攝像機(jī)數(shù)量約為80臺。根據(jù)此規(guī)模分析水廠新增視頻監(jiān)控系統(tǒng)的搭建方案。

1.2.1 方案一

在該方案下，新增廠區(qū)建設(shè)一套獨(dú)立運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 水廠中控室機(jī)房布置

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要分為：采集部分(網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī))、傳輸部分(有線IP網(wǎng)路)、存儲部分(存儲模塊)、顯示部分 (電視墻模塊)和管理部分(中心服務(wù)模塊、客戶端)。該方案獨(dú)立于原視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在新增廠區(qū)設(shè)置1套網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)的存儲、顯示及管理等設(shè)備都布置于新增廠區(qū)中控室。

該廠區(qū)設(shè)置4套監(jiān)控子站，分別位于1#、2#沉淀池前端，3#、4#沉淀池前端，5#、6#沉淀池前端以及鼓風(fēng)機(jī)房。廠區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過網(wǎng)線或光纖方式將信號傳輸?shù)奖O(jiān)控子站，監(jiān)控子站的交換機(jī)將現(xiàn)場匯總后的網(wǎng)絡(luò)視頻信號傳輸?shù)叫略鲋锌厥?，與中控室中匯聚交換機(jī)進(jìn)行連接。匯聚交換機(jī)得到現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)視頻信號后，一方面與網(wǎng)絡(luò)視頻存儲模塊(NVR)及管理服務(wù)器等設(shè)備相連，進(jìn)行視頻存儲與監(jiān)控；另一方面，與新增中控室中的網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器連接，實(shí)現(xiàn)新增廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)視頻信號上墻顯示功能。整個(gè)新增廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架見圖2。

圖2 新增廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架

1.2.2 方案二

在該方案下，原中控室作為總控室，新增廠區(qū)中控室設(shè)為分控室。

視頻綜合平臺是集編碼、數(shù)字矩陣切換、解碼于一體的高度集成化產(chǎn)品。它具有SDI編碼板、BNC編碼板、DVI編碼板、解碼板和網(wǎng)絡(luò)交換板等，這些業(yè)務(wù)版塊按需配置，可以輕松地實(shí)現(xiàn)模擬、模數(shù)、數(shù)字等多種監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的接入,無縫連接報(bào)警聯(lián)動、網(wǎng)絡(luò)碼分器等低速業(yè)務(wù)以及光纖網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)接入。視頻綜合平臺可將各功能業(yè)務(wù)模塊化，并替代模擬監(jiān)控系統(tǒng)中的模擬矩陣、解碼器、編碼器和大屏控制器等設(shè)備。模擬和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行融合時(shí)，系統(tǒng)間設(shè)備的兼容問題由視頻監(jiān)控平臺統(tǒng)一考慮，只需將模擬、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的信號連接到視頻綜合平臺對應(yīng)的端口即可。系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性、集約化等優(yōu)點(diǎn)。

該方案需在原中控室和新增中控室各設(shè)置1套視頻綜合平臺，2個(gè)平臺之間通過光纖進(jìn)行級聯(lián)。原1期攝像機(jī)傳輸?shù)街锌厥业囊曨l、控制信號與視頻綜合平臺中的SDI編碼模塊連接，再通過配置的網(wǎng)絡(luò)交換模塊，連接原系統(tǒng)中的硬盤錄像機(jī)、管理服務(wù)器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存及管理，而監(jiān)控視頻上墻功能則由視頻綜合平臺中的DVI編碼模塊來實(shí)現(xiàn)。2期采用的硬盤錄像機(jī)(型號為HCVR1604HG-SFD-V4)具備模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，能夠?qū)⒛M視頻信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號。故2期攝像機(jī)接入視頻監(jiān)控系統(tǒng)，只需將攝像機(jī)可與硬盤錄像機(jī)連接后，再將該硬盤錄像機(jī)與視頻綜合平臺的網(wǎng)絡(luò)交換模塊相連。新增廠區(qū)采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，現(xiàn)場各安防柜內(nèi)交換機(jī)匯總攝像機(jī)信號后通過光纖接入視頻綜合平臺。原總控室和新增中控室中，均布置1套電視墻分別顯示廠區(qū)視頻信號。

1.2.3 方案三

在該方案下，整個(gè)水廠的視頻信號融合后在1期中控室統(tǒng)一顯示。

① 方式1

為了實(shí)現(xiàn)水廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控，該方式采用視頻服務(wù)器將廠區(qū)原有的模擬信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號，再與新建的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合，由原中控室集中監(jiān)控。水廠2期硬盤錄像機(jī)可直接接入網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，因此，該方案只需為原1期模擬監(jiān)控系統(tǒng)增加視頻服務(wù)器。1期模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號后，通過新增的網(wǎng)絡(luò)硬盤服務(wù)器(NVR)進(jìn)行存儲。

② 方式2

該方式下，采用混合型硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的融合。隨著網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的日漸成熟，必然存在一個(gè)過渡狀態(tài)：模擬攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在同一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中共存。在該狀態(tài)中混合型硬盤錄像機(jī)扮演著一個(gè)承前啟后的重要角色。利用其具有同時(shí)連接模擬攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)這一特性，可將水廠1期模擬攝像機(jī)的視頻信號和RS485控制信號連接到更換的混合型硬盤錄像機(jī)上；只需將2期模擬攝像機(jī)的控制線接入現(xiàn)有的硬盤錄像機(jī)即可；新增廠區(qū)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)則與網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)連接。最后，各期硬盤錄像機(jī)通過交換機(jī)匯總后，由管理服務(wù)器統(tǒng)一進(jìn)行監(jiān)控、管理。

1.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的方案對比

將新增視頻監(jiān)控系統(tǒng)的3個(gè)搭建方案進(jìn)行綜合對比分析，如表1所示。

表1 水廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案對比

可以看出，方案一在前期投入和系統(tǒng)的可實(shí)施性方面都有明顯優(yōu)勢。若系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)階段為遠(yuǎn)期視頻接入預(yù)留足夠的接口，該方案同時(shí)具有較好的遠(yuǎn)期擴(kuò)展性。因此，方案一為可選方案。

2 水廠新增門禁與巡更系統(tǒng)的搭建

2.1 門禁與巡更系統(tǒng)的情況

水廠1、2期門禁及巡更系統(tǒng)采用雙CAN工業(yè)總線系統(tǒng)，由36套門禁控制器、111套讀卡器以及相應(yīng)的電鎖、按鈕等設(shè)備構(gòu)成。1期的門禁控制器和通訊控制器等門禁設(shè)備就近放置在自控柜或安防設(shè)備柜中，不利于后期系統(tǒng)維護(hù)。因此，2期廠區(qū)單獨(dú)為安防系統(tǒng)設(shè)置了3套設(shè)備柜(鼓風(fēng)機(jī)房JX1，沉淀池前端設(shè)立JX2、JX3)，2期門禁、巡更信號就近接入這3個(gè)設(shè)備柜進(jìn)行匯總，再通過光纖傳輸?shù)皆锌厥议T禁設(shè)備柜中。

根據(jù)現(xiàn)有廠區(qū)門禁巡更設(shè)備的分布情況，初步得出新增廠區(qū)門禁及巡更涉及到的讀卡器總計(jì)83套，其中：配水井，2套；預(yù)沉池，12套；沉淀池，12套；濾池，10套；鼓風(fēng)機(jī)房，9套；周界，8套；出廠水儀表間，2套；加藥間，7套；加氯間，10套；中控室，2套；脫水間及濃縮池，9套。若不考慮設(shè)備安裝地點(diǎn)的不同，新增廠區(qū)至少需要安裝21套4門門禁控制器。

2.2 門禁巡更系統(tǒng)的搭建方式

2.2.1 方案一

在該方案下，新增廠區(qū)設(shè)立一套獨(dú)立運(yùn)行的雙CAN總線門禁巡更系統(tǒng)。

總線型門禁巡更系統(tǒng)是目前使用范圍最廣的出入口控制系統(tǒng)，具有高可靠性、高容錯(cuò)能力，所采用的CAN BUS總線的數(shù)據(jù)通訊方式具有突出的安全性和可靠性。因此，新增廠區(qū)可繼續(xù)采用雙CAN總線門禁巡更系統(tǒng)。將新增廠區(qū)的門磁、電鎖、巡更點(diǎn)等設(shè)備與門禁控制器連接后，通過CAN總線串聯(lián)安防設(shè)備柜內(nèi)的門禁控制器、報(bào)警控制器、通信控制器；再將通訊控制器轉(zhuǎn)換出的門禁信號，與門禁控制主機(jī)和門禁服務(wù)器相連，實(shí)現(xiàn)門禁信號的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的總線長32 m,每隔1 m接入一個(gè)從站單元,測試時(shí)在A1從站的第3通道接入3 V的電壓,其余通道和從站懸空,發(fā)送查詢指令后上位機(jī)收到的數(shù)據(jù)如圖9所示。

2.2.2 方案二

在該方案下，在現(xiàn)有雙CAN總線式門禁巡更系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)容。

新增廠區(qū)增加的門禁控制器約為21套，加上1、2期36套門禁控制器，水廠共有57套門禁控制器，可合為一套門禁系統(tǒng)。因此，保持1、2期原有門禁系統(tǒng)不變，只在新增廠區(qū)增加門禁設(shè)備。新增廠區(qū)中設(shè)置4個(gè)安防就地設(shè)備柜，用于布置現(xiàn)場的安防設(shè)備例如門禁控制器、報(bào)警控制器、通訊控制器等。門禁控制器采集現(xiàn)場讀卡器、按鈕信息后控制門磁、電鎖動作。報(bào)警控制器與門禁控制器相連，有人闖入時(shí)，將信號傳輸?shù)綀?bào)警主機(jī)與視頻及安防報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動。而通訊控制器將現(xiàn)場的CAN總線信號轉(zhuǎn)換為TCP/IP形式，與服務(wù)器和門禁控制主機(jī)相連，通過網(wǎng)絡(luò)對現(xiàn)場的門禁控制器進(jìn)行集中監(jiān)控。

2.2.3 方案三

在該方案下，新增廠區(qū)設(shè)立一套獨(dú)立運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)門禁巡更系統(tǒng)。

在智慧城市物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展下，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)門禁逐漸被運(yùn)用到安防系統(tǒng)中。由它組成的系統(tǒng)兼容性和互操作性好,資源共享能力強(qiáng)，易實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)上的資源共享，且數(shù)據(jù)的傳輸距離長，傳輸速率高。新增廠區(qū)設(shè)立一套獨(dú)立運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)門禁巡更系統(tǒng)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)門禁控制器采集現(xiàn)場的門磁、電鎖、巡更點(diǎn)等設(shè)備信號后，通過以太網(wǎng)端口與安防設(shè)備柜內(nèi)的交換機(jī)連接，通過Internet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場門禁設(shè)備的監(jiān)控，如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)門禁巡更系統(tǒng)構(gòu)架

2.2.4 方案四

為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)水廠門禁系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，融合CAN總線型門禁系統(tǒng)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)型門禁系統(tǒng)是亟待解決的問題?，F(xiàn)有的1、2期門禁控制器只支持CAN工業(yè)總線，遠(yuǎn)期若要采用TCP/IP的門禁系統(tǒng)，則需要將現(xiàn)有門禁信號融合到新建的網(wǎng)絡(luò)門禁平臺中，即保留1、2期門禁系統(tǒng)設(shè)備，采用能夠同時(shí)監(jiān)控CAN總線和TCP/IP門禁控制器的門禁監(jiān)控軟件來替換原門禁系統(tǒng)軟件，再通過交換機(jī)將新增廠區(qū)門禁控制器信號接入原中控室，實(shí)現(xiàn)全廠2種類型的門禁系統(tǒng)融合。

2.3 門禁巡更系統(tǒng)搭建方案對比

對門禁巡更系統(tǒng)各個(gè)搭建方案進(jìn)行比較，如表2所示。

綜上所述，方案三采用的網(wǎng)路門禁巡更系統(tǒng)具有較高的可靠性和易實(shí)現(xiàn)性。該系統(tǒng)不受原門禁設(shè)備品牌的限制，能與第三方設(shè)備互聯(lián)，具有較好的擴(kuò)展性。因此，方案三為可選方案。

表2 水廠門禁巡更系統(tǒng)方案對比

3 水廠周界系統(tǒng)的搭建

3.1 周界系統(tǒng)現(xiàn)狀與新增廠區(qū)情況預(yù)估

水廠1、2期廠區(qū)周界采用電子圍欄系統(tǒng)，采用總線分區(qū)管理和傳輸，目前共有23個(gè)防區(qū)，報(bào)警信號通過脈沖主機(jī)傳入中控室的報(bào)警主機(jī)。在保安值班室內(nèi)能夠采用電子地圖監(jiān)控全廠的周界安防。

水廠周界報(bào)警系統(tǒng)由帶電脈沖的電子纜線(電子圍欄)及脈沖主機(jī)組成。電子纜線產(chǎn)生的非致命脈沖高壓能有效擊退入侵者，并把入侵信號發(fā)送到保安值班室。報(bào)警主機(jī)與電視監(jiān)控系統(tǒng)組成聯(lián)動控制系統(tǒng)。報(bào)警信號可聯(lián)動監(jiān)控主機(jī)、錄像機(jī)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警切換視頻、報(bào)警錄像、觸發(fā)報(bào)警信號等功能。

新增廠區(qū)設(shè)計(jì)為6條產(chǎn)水流線，按1、2期廠區(qū)占地規(guī)模進(jìn)行估算。如圖4所示，新增廠區(qū)緊靠1、2期建設(shè)，與1、2期交界處圍墻已安裝有電子圍欄，新增廠區(qū)需安裝電子圍欄的周界長度為1 250 m。按照100 m 設(shè)置1個(gè)防區(qū)計(jì)算，新增廠區(qū)需設(shè)置13個(gè)防區(qū)。

圖4 水廠周界系統(tǒng)

3.2 水廠廠區(qū)周界系統(tǒng)的搭建方式

3.2.1 方案一

在該方案下，在現(xiàn)有的總線式周界基礎(chǔ)上擴(kuò)容。

總線式周界報(bào)警系統(tǒng)是目前廣泛運(yùn)用的一種周界報(bào)警方式，由于新增廠區(qū)周界防區(qū)數(shù)量不大，可以直接在現(xiàn)有的周界系統(tǒng)中進(jìn)行擴(kuò)容。即新增廠區(qū)中增設(shè)2路周界報(bào)警總線，該報(bào)警總線由中控室安防設(shè)備柜引出并沿圍墻敷設(shè)到與2期周界交界處，串聯(lián)新增廠區(qū)的脈沖主機(jī)，以達(dá)到采集周界入侵信號的目的。采用總線傳輸周界信號所允許的數(shù)據(jù)傳輸距離最長不超過1200 m。為確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，新增廠區(qū)的2路RS485報(bào)警總線通過光端機(jī)轉(zhuǎn)換為光纖傳輸，與1、2期中控室的報(bào)警主機(jī)相連。

3.2.2 方案二

在該方案下，新增廠區(qū)單獨(dú)設(shè)置1套網(wǎng)絡(luò)型周界系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)周界系統(tǒng)通過交換機(jī)連接附近的1個(gè)或多個(gè)IP型脈沖主機(jī)，再以光纖傳輸現(xiàn)場報(bào)警信號至中控室，并通過監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)與視頻系統(tǒng)的聯(lián)動和周界防區(qū)的撤、布防，如圖5所示。

3.3 周界系統(tǒng)方案對比

對廠區(qū)周界系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)置方案對比分析，如表3所示。

圖5 網(wǎng)絡(luò)型周界系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

表3 水廠周界系統(tǒng)搭建方案對比

綜上所述，雖然方案二在遠(yuǎn)期可擴(kuò)展性方面具有優(yōu)勢，但不能實(shí)現(xiàn)廠區(qū)周界系統(tǒng)的統(tǒng)一管理。目前網(wǎng)絡(luò)周界系統(tǒng)正處于發(fā)展的初期，信號穩(wěn)定性還有待考量，系統(tǒng)提升空間較大。方案一在經(jīng)濟(jì)性、可靠性、系統(tǒng)實(shí)施性方面都具有明顯優(yōu)勢，故方案一為可選方案。

4 結(jié)語

水廠的擴(kuò)建必然涉及安防系統(tǒng)的構(gòu)建與融合。要使擴(kuò)建后的水廠達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)效果，并確保整個(gè)生產(chǎn)過程的可靠性及安全性，采用最新的可靠技術(shù)來替代早期技術(shù)是一個(gè)必經(jīng)的過程。在引進(jìn)新技術(shù)的同時(shí)，要通過對比分析系統(tǒng)方案，最終獲得在新舊技術(shù)的共存情況下高效、可靠的安防系統(tǒng)搭建方案。