集成监控（共8篇）
集成监控 篇1
0引言
近年来, 随着国家对煤炭行业装备的不断投入和改进, 煤矿企业基本建立了各种较为完善的煤矿生产监控系统, 基本实现了煤矿生产过程的全面监测和自动化控制, 实现了对现场环境参数和设备状态等数据的采集和处理。但采集的大量的监测数据都沉睡在各个生产系统的主机中, 未能发挥数据的应有作用, 而即使有系统对其数据作了一定的分析和利用, 但也只局限于其系统内部, 无法针对全矿的各种数据进行综合分析和利用。因此, 建立开放且一致的数据共享平台显得尤为重要, 而监控数据的集成则是该平台的基础和必要条件。本文将就煤矿监控数据集成中数据集成协议、数据集成方式、数据压缩和数据弥补等问题进行探讨并提出相应的解决思路。
1数据集成概述
煤矿监控数据集成是将煤矿现有在用的各个监控系统的数据通过一定的技术途径集成到一个共享平台 (即煤矿监控数据中心) 中, 将原本分散于各子系统的数据按照标准的数据集成协议经转换、采集、处理、存储等多个环节, 最后统一集中存储于公共的基础数据库, 从而将一个个数据孤岛整合成一个煤矿监控数据中心[1,2], 如图1所示。
2数据集成有关问题
2.1 统一、标准的数据集成协议
由于各监控子系统由不同的厂家设计、研发, 采用的技术和数据格式不尽相同。显然, 针对不同的系统、不同的厂家开发和设计相应的数据采集程序的方案较为复杂, 工作量太大, 因此, 必须提出数据采集的标准协议, 通过让各监控子系统按标准协议提供数据, 数据采集程序才能按照统一的格式采集各系统数据[3,4]。
协议的制定需要考虑以下几个方面的问题:
(1) 协议的适用性
协议内容应覆盖不同系统各种类型的业务数据, 确保各系统的所有数据都能集成进来, 比如按模拟量、状态量等分类定义数据描述信息等。
目前, 市场上采用的协议主要来源于原来安全监测系统的联网协议, 由于当初协议的制定只限于安全监测系统, 存在一定的缺陷和遗漏。比如上面提到的适用性问题, 原来安全监测系统中开关量只有开停2种状态, 而现在多需要支持故障状态, 变成了3种状态, 这样, 原有的协议就无法满足要求。事实上, 通过对煤矿大多数系统的研究和分析, 3种状态也不能满足要求, 为了使协议适应更广泛的系统, 协议中将开关量修改为状态量, 可以支持多种状态的描述。
(2) 协议的一致性
虽然监控子系统多样, 但采用的数据接入协议应一致, 这既简化了子系统厂家按协议提供数据, 又便于煤矿监控数据中心的数据接入。
(3) 断点续传特性
由于集成的数据来自不同的应用主机, 受应用主机稳定性、网络连接可靠性等因素的影响, 数据采集可能存在中断现象。为保证数据的连续、可靠和准确, 协议应支持断点续传特性, 确保在应用主机或网络连接恢复后, 中断期间的数据仍然能够传输至煤矿监控数据中心。
目前, 多数协议未考虑到断点续传问题, 一旦发生网络故障、采集程序故障等问题, 就会丢失数据, 影响数据的完整性。
随着应用的发展, 数据集成协议也许还会出现不适用的地方, 需要在实际项目应用过程不断改进和完善, 为数据的有效集成打下坚实的基础。
2.2 数据的集成方式
对不同的监控子系统所提供的数据集成方式也有所不同, 目前常用的数据接入方式主要为文本文件方式和OPC方式。
(1) 文本文件方式
各监控子系统根据约定的数据集成标准协议, 生成相应的文本文件, 集成方读取和解析文本文件, 将数据采集到煤矿监控数据中心。
文本文件方式的优点在于协议容易理解, 各监控子系统厂家容易编写出相应的数据转换程序, 生成的文本文件可以直接阅读, 便于问题的排除和区分。而其缺点主要是由于通过磁盘文件来交换数据, 数据的传输效率较差。
(2) OPC方式
OPC协议是开放的工业标准协议, 用于不同系统间的数据交换, WinCC、Intouch、IFix等主流工控厂商的组态软件都提供了标准的OPC数据访问接口。 OPC是基于微软DCOM技术构建, 数据传输效率较高, 响应速度快, 但由于DCOM的缺陷, 针对OPCServer端的安全配置较为繁琐, 跨防火墙访问也存在问题。为解决这些问题, 也可以采用一些第三方产品, 比如MatrikonOPC Tunneller、OPCDataHub等, 可以实现跨防火墙访问、DCOM零配置等[5], 如图2所示。
(3) OPC UA方式
OPC UA, 即OPC统一架构, 支持开发的Web服务标准, 跨越Windows、Linux等不同的系统平台, 同时OPC UA将现存的20多个分立的OPC规范予以整合, 建立了统一的规范架构。这一架构定义了由OPC UA底层服务、DA (数据访问) 、A&E (预警和事件) 、HDA (历史数据查询) 、CMDs (复杂数据) 等OPC信息模型, IEC、ISA、EDDL等标准规范以及供应商信息构成的4层模型等, 建立起跨越控制、ERP、CRM、PLM等不同层结构的标准信息接口。OPC UA不但解决了传统基于DCOM技术的弊病, 同时还保留了较高的数据传输效率, 是一种比较理想的数据集成方式[6], 如图3所示。
2.3 数据的压缩
随着煤矿生产监测系统的不断完善和增多, 产生的监测数据也越来越庞大, 如果没有高效的数据压缩技术, 建立煤矿监控数据中心将比较困难。由于生产过程实时数据都是秒级甚至毫秒级数据, 如果采用传统的直接采集存储方案, 将会占用大量的存储空间, 大大增加存储成本并极大地影响系统处理效率。生产过程的原始测量数据中包含大量的冗余和不相关信息, 在保留过程特征信号的基础上剔除冗余和不相关信息, 就可以实现数据压缩。数据压缩的本质是数据变换, 它是在压缩比和信号保真度或逼近误差之间寻求一种折衷的方法。过程数据压缩方法基本分为3种, 即分段线性方法、矢量量化方法及信号变换法。而分段线性方法又包括矩形波串法、向后斜率法、SDT (Swing Door Trending, 旋转门) 法及PLOT法。
由于过程数据大多是缓慢变化的数据, 采用分段线性化的方法可以很好地表示历史数据的变化趋势, 在工业过程中应用最多的是SDT方法, 它的突出优点就是算法简单、执行速度快。国外知名的实时数据库PI以及部分组态软件厂家iFix等都基于该算法来进行数据的压缩处理[7,8]。
2.4 数据的弥补机制
在数据集成的过程中, 可能存在各种原因引起数据丢失情况, 比如现场传感器故障、监控子系统主机故障等, 为了给数据分析提供完整的数据, 需要考虑数据的弥补机制[9]。
弥补的途径和方法如下:
(1) 通过前后关联传感器的数据以及数据之间的关联模型, 推算出相应的缺失值。比如工作面瓦斯, 可以根据上隅角或回风流瓦斯之间的关联模型来进行推算, 而该数学模型可以通过正常情况下一段时间内的历史数据, 分析和建立两者之间的数学关系, 为数据的弥补提供依据。
(2) 通过传感器过去的值以及相关设备的运行状态, 推算出相应的缺失值。
根据缺失数据时间段的设备运行状态以及其它相关参数, 在该数据历史数据中寻找类似的现场状况下的数据。
比如工作面瓦斯浓度, 其影响因素主要有采煤机的开停、风速等, 那么类似环境下的历史数据则可以弥补缺失的瓦斯浓度数据。
(3) 如果是数据集成环节的问题, 可以通过数据库、断点续传等方式获取缺失的数据。
3结语
煤矿监控数据集成是煤矿监控数据中心所有数据的来源, 是煤矿监控数据中心的基础功能。通过对数据集成有关问题的分析, 在统一数据集成协议的基础上, 以文本文件、OPC等多种方式, 可以方便、可靠地采集来自各个系统的数据, 再经过简单高效的数据压缩算法, 在保证数据准确的前提下, 大大减小了数据的存储容量, 提高了系统运行效率。对于数据集成过程中可能存在的数据丢失问题, 针对不同的原因, 采取相应的数据弥补措施, 提高了数据的完整性。在数据采集到数据中心后, 下一步需要针对这些数据作综合利用, 充分挖掘数据的内在价值, 为煤矿的安全生产和高效经营提供决策依据。
摘要：监控数据的集成是煤矿进行数据综合利用的必要前提。文章探讨了煤矿监控数据集成中的数据集成协议、数据集成方式、数据压缩和数据弥补等问题, 并提出了相应的解决思路。
关键词：煤矿,监控系统,监控数据,数据集成,集成协议,数据压缩,数据弥补
参考文献
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[9]黄必恒.关于漏失数据弥补的几点意见[J].大学数据, 2004 (1) :111-115.
集成监控 篇2
自上世纪八十年代，楼宇电气设备监控系统在国内得到广泛应用。此系统的构建机制是依附于差异化功能系统予以区分，也就是电气设备的构建及管理分为两个体系，同时设计以及施工直到完成所有过程，即经差异化的施工单位所完成。这就导致了下述问题：(1)因为生产商存在差异，造成设备间出现不兼容现象，因此造成系统交互过程出现问题;(2)因为子系统的功能存在差异，同时系统之间存在独立特性，造成资源在予以互换时出现问题。此类构建举措致使楼宇的电气设备在使用环节存在隐患。所以集成化的楼宇电气设备需要每一个子系统结构互同，协议与接口也要有统一的指标，因此规避子系统互联与硬件设施互操作所存在的弊病，达到资源与信息共享的目的。
提高汽车电源集成电路监控功能 篇3
东京-- (美国商业资讯) --东芝公司 (Toshiba Corporation, TOKYO:6502) 今天宣布推出可增强普通汽车应用监控功能的多输出系统电源集成电路“TB9042FTG”。样品将从2013年11月1日开始提供, 批量生产计划从2014年5月开始。
《道路车辆功能安全》国际标准ISO 26262的重要性日益提高, 要求对电源集成电路的功能进行监控。这款新集成电路整合了多种能够检测集成电路和外部微控制器任何故障的监控功能。它还整合了可以将监控状态数据传输至外部微控制器的传输功能, 这可以进一步提高安全性。
汽车应用需要越来越高的电流。该集成电路的内置高电力效率直流-直流变换器可降低功耗, 并且其串联稳压器可实现低噪声电源。
新产品的主要功能
1、更强大的监控功能
该产品整合了对每次输出进行异常检测的功能, 并且可以传输来自SPI终端或者专注于异常信号的特殊终端的检测数据。
通过对比集成电路的数据和来自微控制器的信号, 集成式诊断功能可以监控集成电路的故障, 这有助于实现汽车功能安全。
2、内置双通道直流-直流变换器 (单路输出)
一个直流-直流变换器可以使车辆用蓄电池的电源降低至6V;另一个变换器可以将微控制器核的电源降低至1.2V或1.5V (可选) 。
3、针对外部电源的内置3通道串联稳压器 (3路输出)
两个串联稳压器可以转换直流-直流变换器的6V供应, 并独立提供恒定的5V供应:400m A电流容量用于微控制器, 100m A电流容量用于传感器或其他接口。
风电场集成监控平台的研究 篇4
截止2008年底,我国风电装机容量超过1 200万k W,超过100万k W的省份达到了4个;预计到2020年,将建设千万k W级风电基地7个[1]。局部地区风力发电峰值占负荷比例已超过20%[2],标志着这些地区电网已步入高风电渗透率阶段,对风电的调度也需要由被动接纳转入主动管理阶段。
实现风电场调度控制的自动化、常规化和智能化,使之具有与传统能源电厂相似的调节能力,是其融入现有电网运行管理体系的关键。相关基础技术涉及风功率预测、风电场单元设备控制技术、风机与变电站自动监控系统技术等多个方面。
风功率预测是目前国内外公认有效地提高风电可控性的关键基础技术。在风电装机容量较大的欧美国家,相关研究已相当成熟,有多套软件预测包(如Prediktor,Zephyr,e Wind,Advanced WPPT等)应用于发电计划与电力市场交易等[3]。我国近年也在开展算法研究[4,5,6,7,8],但离实用还有相当距离。预测精度的主要制约因素是数值天气预报精度和现场数据积累程度。
单元设备的调节能力是风电场协调控制的基础。双馈与直驱等采用PQ解耦控制的风机可远程执行给定有功/无功/功率因数指令[9,10,11]。10~35 k V级SVC/Statcom动态无功补偿设备在风电场已有一定普及率。1~5 MJ/MW级超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)基本技术成型,10 MW/MJ级电池储能技术在风/储发电系统已有成功示范[12,13]。
相对而言,我国风电场调度系统建设还处于初级阶段。现行风电场安装的变电站自动监控系统与风机数据采集与监视系统(SCADA)之间通信隔断,前者不提供对风机设备四遥的支持,后者采用私有规约甚至公网通信[14],尚无法支持功能层对风电场各类可控资源进行有机整合。部分风机制造商提供以风机为受控对象的风电场有功/无功控制方案,但对风机与集中补偿设备之间如何联动、如何实时响应电网调度等问题的研究尚不充分[15,16]。
本文提出了一套完整的风电场集控平台设计框架,将风电场内的所有设备(包括风机、升压站、测风塔与风场馈线子网等)组织成一个有机整体,对外可接受电网统一调度,对内可协调监控风场设备,有效提高风场的可预测性、可靠性与可控性,使之能够像常规能源电厂那样融入电网调度体系,促进风电真正成为未来电网的优质电源。
本文将先介绍风电场集成监控平台的基本概念,然后具体讨论平台的结构与功能,特别是有功/无功控制、发电计划安排等电网密切关注的子模块,最后总结了平台建设的若干关键技术。
1 风场集成监控平台的基本概念
风电场集成监控平台是集现有风机SCADA和变电站SCADA为一体、并在此基础上实现自动闭环、协调控制风场内所有可调设备以满足风场并网综合需求的监控管理系统。
从风场角度来看,集控平台就是风场这个小网络的调度中心,进行功率预测,远程监控风机、馈线、升压站设备、储能、集中补偿电容器等设备,在确保风场安全经济运行的同时,使公共接入点状态满足电网调度需求。
从电网角度来看,集控调度平台使风场成为一个行为可预测、状态可控制和具有较高可靠性的发电单元。电网可以发送指令,使其参与频率和电压的调整、甚至紧急控制,从而实现全网的安全稳定与优化运行。
与现有的风电场SCADA相比,集控平台的突出特点如下:
(1)主动控制:改变现有风电场类似负荷的工作模式(如不干涉有功出力、被动进行无功补偿等),采用基于预测的主动控制,在尽可能不弃风的前提下控制有功、提高并网点电压-无功水平。
(2)集群控制:平台考虑风机的群体效应和集中补偿设备的协同效果、以提高风场整体输出特性为设计依据。平台不需要更改现有风机控制器设计,而是利用简单远程指令(如定无功、定功率因数、有功输出限制和起停等)的有机组合来实现调频、调峰、调压等复杂的风电场控制,更易为风场业主接受。
(3)多目标协调控制:平台不仅在风机与集中补偿设备之间协调,也在紧急控制与校正控制之间、有功控制与无功控制等不同控制目标进行协调。
(4)事件驱动型控制:由于风能的随机性与波动性,风电场的最优运行点、稳定域边界也时刻变化。平台采用离散事件驱动型控制,将有悖并网要求的越限状态、风电场安全裕度降低和电网调度指令等都视为出发控制的基本事件,激发相应设备动作。
2 风场集成监控平台的功能与结构
2.1 风电场并网控制需求
电力系统对并网风场提出了综合控制需求,涉及有功控制(一次/二次调频、调峰)、无功控制(电压稳定、无功优化)、电能质量(谐波、闪变、电压合格率)和紧急控制(低电压穿越、电压/频率支撑)等各个方面[17]。风电场除了尽量利用风机控制能力之外,往往辅以多种集中补偿设备,其时间常数分布从毫秒到小时不等。设备的时间常数与并网控制需求之间的匹配关系总结如图1所示。
总地来讲,谐波与闪变的抑制、紧急控制等对响应速度要求很高的功能主要依赖可控设备的本地控制实现,而调频、调压、无功优化等需要配合电网进行的控制,由平台集中协调。
2.2 平台整体结构
风场集成监控平台的基本结构与电网能量管理系统类似,由以四遥为核心的风电场SCADA(基础层)及其高级应用(功能层)构成,如图2所示。
风电场SCADA在传统电力系统SCADA的基础上增加了风场监控所特有的子块(如风机模型、风场模型、地理信息模型和风速实测、气象库、风机四遥等)为功能层提供基础数据、模型与通信环境。目前,在风电场SCADA所涉及的通信规约中,风机通信和公共气象服务通信目前在我国还没有可以参照的标准。风电SCADA多由风机制造商基于局域网、VPN等搭建,受安全条件制约,与现有电力通信网互不连通。并网型风电场集控平台建设需要引入防火墙以强化技术安全,打破通信壁垒。详细安全策略可参考文献[14]。
风场集控的功能层包含三个模块:计划安排、校正控制和紧急控制模块。计划安排模块依据风功率日前预测结果,制定发电、储能与检修的相关计划,并发送至电网调度中心,供后者制定全局优化方案[18]。校正控制模块是风电场在线常规控制的主体,它按照调度指令,结合超短期风功率预测进行闭环的发电控制与电压控制(即AGC和AVC)。紧急控制模块以具有快速调节能力设备的本地控制(储能、SVC/Statcom、风机低电压穿越)为基础,在故障时闭锁校正控制,向电网提供短时支援。
2.3 计划安排模块
风电场计划安排模块以日前风功率预测为基础。在风功率较低时安排设备检修,以减少因停运带来的发电损失。
结合日负荷预测,可安排储能错峰以缓解电网的调峰压力。这里定义风电日出力曲线与系统日负荷曲线的匹配系数r(t)如下。
式中:Pw(t),PL(t)分别表示风电出力与负荷;分别表示风电日出力均值与负荷均值。所谓风电的反调峰指负荷处于高峰而风电处于低谷,或反之负荷处于低谷期而风电反而处于高峰期的情形,即此时风电过剩,储能应充电;或风电出力不足,储能应放电。
最后,风电场在次日风资源状况、设备可用状态与储能安排的基础上,制定日前发电计划,并上报电网调度。
2.4 校正控制模块
风电场包含超短期风功率预测、AGC和AVC三个子块。风电场AGC与AVC有相似的管理结构,如图3所示。平台接收电网调度中心下发的整场有功/电压-无功参考指令,由最上层风场协调层进行优化计算将调节任务分解,一部分由变电站的集中补偿设备承担,另一部分由风机群承担。平台中间层为风机群分配层,按当前风机的运行状态及其调节灵敏度,将整体控制目标分摊到各风机。分摊方法视控制目标而定,常见的分摊方法有均摊法[19,20]、按电气距离灵敏度分摊[11]、按风机逆变器容量利用率分摊[21]等。最下层为风机控制层,校验指令安全性,通过风机控制器执行具体指令。
2.4.1 风电场AGC
风电场内可参与AGC的设备主要是风机与储能装置。受风能特性约束,风电场AGC的功能定位与常规电厂有较大不同。
常见的风机控制[3,9,10,22,23,24,25]有:(1)输出限制控制,主要服务于电网调峰,一般是在风电出力过大、以致威胁系统安全时不得已的弃风之举;(2)平滑控制,主要用于维持风机在小幅高频的风速波动下出力不变,由于风机群的平滑效应可抵消部分波动,只有在小惯性电网中,风机的平滑控制才有必要考虑;(3)爬坡率限制控制可用于防止极端情况下风机出力过快爬升引起的电网过频问题。一般认为,风机不宜闭环参与电网的二次调频,因为它只能单向调频,且受风速波动性影响,风电场作为二次备用的容量可信度较低。
现今配备在大型风场的储能设备以高功率、大容量的电化学储能为主。受充放电次数限制,一般用来调峰;而电磁储能(如SMES,超级电容器等)的容量较小,无法成为调频主力[12,13]。
总而言之,以目前的技术条件风电场直接进行二次调频并非电网的优先选项。风电场AGC的定位在于在电网出现频率偏差较大、常规调频容量不足时,以限制出力、限制风电爬坡率的形式,协助电网进行调频。电网以风功率预测系统发布的风场日前最大可能出力为基础,考虑运行安全与经济约束,修正有功出力参考曲线,并发送至风电场。风电场AGC控制风机出力,使整场输出功率曲线与参考曲线相吻合。这种基于预测的风电场AGC控制是在目前技术条件下,一种能够兼顾风场经济性与可控性的、较为实现方案[21]。
2.4.2 风电场AVC
与有功控制相比,风电场的无功容量充足、调节手段丰富,并网点(即PCC)状态可按电网需求,选择类似PV或PQ、甚至调压节点模式工作。目前对风电场无功控制的研究有两种思路:一种是以双馈/直驱风机调节为主,维持电网内某先导节点(如PCC)的电压,直接参与二级电压控制[26,27,28,29,30],该方法响应迅速但需要直接更改现有风机控制规律,对风机稳定运行不利;另一种是以压站集中补偿设备为核心,借鉴变电站综合电压-无功控制系统[31,32,33]经验(Voltage&Reactive Power Control,VQC),以调节变压器分接头与电容器组保证PCC的电压品质,经验成熟但离散调节难以适应风速的波动。这两种思路都没有考虑风机与集中补偿装置的配合问题,本文建议的风电场AVC采用三层协调控制结构[34],考虑含有载调压变压器、集中补偿电容器和双馈风机等多种无功源设备的协调控制策略。顶层是风场协调决策模块,依据电压/无功参考曲线计算整体控制量,按设备调节成本最低原则进行风机群与集中补偿设备的控制量协调;中间层是风机群决策模块,将风机群的总补偿量按风机无功调节灵敏度分摊无功;底层是风机控制模块,由各风机逆变器利用PQ解耦控制,在其无功可控域内进行定功率因数或定无功控制。
此外,引入风功率预测可优化风场日电压控制参考曲线,起到减少设备动作次数、提高电压合格率,支持局部地区电压的作用。
3 风电场集控平台关键技术
3.1 基于微观气象学的风电场预测技术
风场出力的变化趋势、静态安全域、风机的运行状态与可控容量都与未来一段时间内的风资源分布状况密切相关。风电场集控平台的校正控制、计划安排等模块都必须考虑到各自周期内风速变化的影响。平台采用综合的风功率预测技术来匹配各模块的需求,如表1所示(表中误差水平参考2008年主要风电国家的预测水平[35])。
日前风功率预测一般依赖高精度数值天气预报(Numeric Weather Predict,NWP),其基本原理是:结合局部地理特征,将高空数值天气预报结果,如风速、风向、气温、气压、湿度等推导至风机轮毂高度,然后利用风机的功率捕获模型计算出有功预测值。超短期预测方法以ARMA,小波分析,卡尔曼滤波等时间序列法为主[3,4]。总的来说,风功率预测的误差随着预测时间的增长、预测范围的减小而增加。NWP、近地天气模型、风机功率捕获模型都可能产生误差,但近地天气模型是最大的技术难点。
3.2 风电场控制基础理论
由于大型风场的风机群平滑效应和出力随机性同时存在,风电场控制往往无法、也无必要精确跟随期望曲线。有必要建立基于统计指标的风电场控制效果评价体系。
目前对风电场控制应该参照何种控制理论还存在争议。不少研究仍依据经典PID控制设计方法,以风机直接采集电网频率/电压偏差形成反馈闭环,调节自身有功/无功输出[9,25,26,27],参与电网频率/电压调节。方法忽略控制周期内风速变化,响应迅速、控制跟随特性好,利于处理瞬时扰动。但实际上大电网调频、调压、调峰周期一般都可能长达数分钟至数小时,此类方法不计风速的变化趋势,不利于提高风电场在长时间过程里的综合性能。该算法也难以实现风机之间、风机与升压站设备之间的协调控制。从本质上来讲,仍旧是一种“风机群”控制,而非风电场整体控制。
本文建议,基于SCADA的风电场控制适合采用采样控制算法而不是连续控制算法。风电场难以实现全工况精细建模、风速分布分散性强、风速不确定性强,这些因素都限制了那些基于准确模型的控制理论的应用。结合高精度风功率预测、引入预测控制理论是设计风电场控制方法的一条新路。预测控制[36,37]包含三个基本环节:预测模型、滚动优化和反馈修正。预测模型可以是状态方程、传递函数等经典模型,也可以是分布参数系统、非参数模型等;滚动优化实现分时段的控制效果最佳;反馈校正修正预测模型适配或预测输入量偏差。
4 小结
通过建设风电场集控平台,整合风场内所有可控资源响应电网综合调度需求,是提高风电并网性能的一种切合实际的方案。
本文介绍了风电场集控平台的基本结构与主要功能。风机SCADA与变电站SCADA是平台的基础层,涉及研究课题包括通信安全、数据描述模型与通信规约标准化、通信可靠性较低情况下的数据挖掘技术等。有功/无功的校正控制、发电/储能的计划安排等是平台功能层的核心模块,关键技术有风功率预测、风电场预测控制理论、能量调度理论等。依照本文思路设计并实现的示范系统已经完成了现场试验(各功能模块的控制算法细节可参看文献[21,34]等),重点对风电场AVC进行了全面测试,系统可显著提高风电场的电压/无功合格率,2010年还将在内蒙、河北等数个风电场推广运行。
城市环境集成监控系统设计 篇5
城市是人类社会政治、经济、文化科技教育的中心。城市形成、发展和布局得益于城市环境条件,但是城市的不合理发展和过度膨胀会导致地域环境和城市内部环境的恶化。
多年以来,在规划城市发展目标时,往往偏重于街道的布局、建筑物的造型和层数、标志性建筑构思、建筑立面装饰等,而在城市环境保护方面的规划内容偏少。由此也引发了一系列环境问题,包括垃圾围城、尾气污染、扬尘污染、废热废气污染等。随着经济的快速发展,城镇化步伐的加快,城市环境问题形势更加严峻。
1 物联网优势
物联网(Internet of Things)是新一代信息技术的重要组成部分。物联网技术的产生带来了智慧城市、智慧地球等一系列变革。
与传统的互联网相比,物联网有其鲜明的特征。
(1)物联网是各种感知技术的广泛应用。物联网上部署了海量的多种类型传感器,每个传感器都是一个信息源。传感器获得的数据具有实时性,按一定的频率周期性的采集环境信息,不断更新数据。
(2)物联网是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网,通过各种有线和无线网络与互联网融合,将物体的信息实时准确地传递出去。
(3)物联网不仅仅提供了传感器的连接,其本身也具有智能处理的能力,能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合,利用云计算、模式识别等各种智能技术,扩充其应用领域。
2 城市环境监测
按照城市主要的污染源分类,主要的监测项目与方法如下:
2.1 大气污染
目前已确认的大气污染物有100多种,这些污染物以分子状和粒子状两种状态分布于大气中。分子状污染物主要有硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、卤代烃、碳氢化合物等。粒子状污染物主要有降尘、总悬浮颗粒物、飘尘等。大气污染常用的监测项目与方法如表1所示。
2.2 水体污染
水环境中的污染物种类繁多,从化学角度划分可分为四大类:(1)无机无毒物:酸、碱、一般无机盐、氮、磷等植物营养物质;(2)无机有毒物:重金属、砷、氰化物、氟化物等;(3)有机无毒物:碳水化合物、脂肪、蛋白质等;(4)有机有毒物:苯酚、多环芳烃、PCB、有机氯农药等。
水污染连续自动监测系统目前存在的主要问题是监测项目有限,监测仪器长期运转的可靠性尚差,经常发生传感器沾污、采水器和水样流路堵塞等故障。表2列出了目前主要的可自动监测的项目及方法。
2.3 固体废弃物污染
固体废弃物是指人们在生产建设、日常生活和其他活动中产生的,在一定时间和地点无法利用而被丢弃的污染环境的固体、半固体废弃物质。固体废物的分类方法很多。根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》,按来源分为工业固体废物(指矿业、冶金工业、石油化工业、能源工业、轻工业等行业产生的固体废物)、农业废弃物和城市生活垃圾。其中对环境影响较大的是工业危险废物和城市生活垃圾。
工业危险废物和城市生活垃圾的危险性方面的监测目前仍需要进行人工采样和分析,在乱堆乱倒、数量方面可以实现自动监测,目前主要的监测方法为遥感监测与视频监测。
2.4 噪音污染
噪声污染,成为了城市环境的一大隐患。研究发现,噪声可对人产生众多不良影响,如噪声可引起耳鸣、耳聋和听力损伤;会引起人神经紧张,心律不齐,血压升高;会妨碍儿童智力发育,吵闹环境中儿童智力发育比安静环境中的儿童低20%。
噪声监测是对干扰人们学习、工作和生活的声音及其声源进行的监测活动。其中包括:城市各功能区噪声监测、道路交通噪声监测、区域环境噪声监测和噪声源监测等。噪声监测结果一般以A计权声级表示,所用的主要仪器是声级计和频谱分析器。
3 系统设计
系统按照物联网技术架构,从传感器硬件系统、中心服务系统、应用系统三个层次进行设计,在传感器硬件系统、中心服务系统进行两次集成,如图1所示。
3.1 传感器硬件系统
传统的硬件系统体积大、功耗高、不便于安装和携带,随着物联网技术、微电子技术、嵌入式开发技术的发展成熟,硬件系统的设计发生了巨大变化。通过以上技术,硬件系统体积大为缩小、功耗逐渐降低,同时精度更高,满足了便携的应用要求,也大大降低了成本。
本文中,传感器硬件系统负责环境数据的实时采集,以及与中心服务器的双向通信,传回数据和交换控制命令。系统采用集成一体化设计,集成电源供应、微处理器控制、无线通讯链路、数据管控等功能,并对各种硬件传感器采用数据口预留方式实现灵活扩展。各种传感器可根据实地需求进行配置安装。结构如图2所示。
设备采用太阳能电池板配合蓄电池供电。为实现可靠的数据通信,设备通信方式采用无线为主、有线为辅、多种方法结合的方案,同时也规避了线缆布设的麻烦。无线方面支持主流的GPRS(通用分组无线服务技术)、Zigbee无线自组网两种,有线方面支持RS485电缆、光纤、CAN(控制器局域网)三种。
3.2 中心服务系统
目前Web应用程序是业务系统的发展趋势。Web有着巨大的优势:既可以快捷地与平台无关的方式把文档发布到服务器上,又可以同样方便地从服务器中检索已有的文档。通过Web,可以快速地发布增强和修复功能,系统的使用者可以透明地使用最新的最好的更新,避免了客户端重装或升级的繁琐。这种集中部署的优势,无论从企业角度还是开发角度都具有战略性的价值。
因此,中心服务系统采用B/S架构进行设计,集成所有环境监测设备,提供Web应用服务、数据库服务、GIS服务等。通过Internet发布的网络化,允许使用者能在授权的情况下从任何能接入Internet网络的端点登录和使用系统,无须安装任何专业软件,通过一般的浏览器即可。系统通过数据接口还可以接入现有的监测硬件设备,实现资源集成。
3.3 应用系统
通过B/S架构,以互联网接入方式,面向用户提供信息访问、视频会商、设备管理、数据管理、GIS分析等功能,为公民信息查询、环保部门管理工作提供支持。
4 结语
系统采用B/S架构,部署简单,运行成本低,易于升级。同时,结合物联网技术、GIS技术,丰富了用户体验,达到系统的功能强大等要求。物联网技术实现了环境监测的虚拟化、实现了便携快捷的环境监测,实现了低运行成本。GIS技术提供了地图化和空间分析的能力,地图化可以让使用者直观地对城市的实际环境有一个全面细致的了解,通过图文对比分析,可以更加清晰地把握城市环境状况,指导城市环境的保护与治理。
参考文献
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视频监控如何与其他系统实现集成 篇6
关键词：视频监控,PSIM系统,访问控制技术,集成技术
目前, 与视频监控系统相关的安全系统主要有三种。第一是访问控制系统, 即实现数据浏览。第二, PSIM系统:其是实现专门性安全管理的重要系统构造。第三, 视频监控系统, 其是当前提出的最新方案, 即管理其他系统的方案。
一、视频监控技术的发展概述
视频监控技术已经经历了20多年的发展。而所谓视频监控技术就是指将各种相关技术结合起来利用的技术, 视频监控技术设计到的技术包括:多媒体技术、智能发展技术以及计算机技术。目前, 视频监控技术的发展趋势为网络化、智能化及数字化的方向。视频监控技术经历了三代技术的变革:第一代技术为模拟视频监控系统, 这种系统的局限性较大, 只能应用于本地区。第二代视频监控技术是多媒体数字监控, 第二代已经开始向着智能化、数字化发展了。第三是分布式的视频监控系统。目前, 要实现视频监控系统与其他系统的集成需要不断发展视频监控系统的性能, 提高其智能化水平。
二、视频监控系统与其他系统的集成
1、访问控制系统。
访问控制系统是一种较为安全的访问机制。这种机制保障了非被授权用户无权访问数据资源, 提高了授权用户获取信息的安全性。因此, 访问控制技术正应用于广大人群的信息浏览查询中。对于访问控制系统来说, 其今后应该依靠多元化技术进行发展。由于上述原因, 很多访问控制系统与视频监控系统是可以实现有效集成的。这两种系统的集成一方面可以扩大系统访问的范围, 另一方面其集成的成本较低。但是其也有劣势, 即访问控制系统与视频监控系统的集成限制了客户对于第三方支持的需求。同时访问控制系统的兼容性较差, 因为其无法同时使用其他访问控制系统。
2、PSIM系统。
PSIM系统也被称之为物理安全信息管理系统。PSIM系统的建立是专门用来管理安全系统的, 如访问控制安全系统及视频监控安全系统等。PSIM系统受限性较低, 因为其受到视频设备、访问控制的影响程度是相对较低的, 所以PSIM系统可以灵活的提供不同的视频监控方案。目前, 视频管理供应单位逐渐在其管理系统中增加了PSIM系统。但同时这种系统也是存在缺陷的, 例如其造价成本较高、对其他视频系统的支持力较弱等。
通过以上分析发现, 在对视频监控系统与其他系统进行集成时, 要考虑到多种因素, 制定出最为合理的方案。
三、视频监控综合管理系统
视频监控综合管理系统是以自身的视频监控系统为基础的, 之后再对视频监控的数据进行整合, 同时依据这些基本的数据与信息, 架构出一个兼容性较强、可供智能查询与控制的视频监控综合管理系统。
1、系统架构方式。
(1) 基础设施。包括主机、视频存储器、应用网络等可以实现数据存储、数据同步、数据管理、数据信息的备份。 (2) 基础服务层。在对存储系统进行规划时, 划分出了业务数据及信息资源。 (3) 平台服务。平台服务主要包括访问控制系统、身份认证系统、视频监控系统等 (4) 应用服务。视频监控综合管理系统的应用服务可以划分为数据的统计分析、数据的智能查询、以及视频监控等。
2、系统特点。
(1) 管理集中程度高。视频监控系统可以通过网络浏览器等平台对所需要监控的区域实现信息的集中收集与管理。 (2) 部署方便。视频监控系统的整体部署的灵活程度较高。因此其系统不会受到区域的限制, 可以实现跨区域、跨范围的监控查询。 (3) 兼容性能强大。视频监控综合系统在进行设计时保障了系统的兼容性, 其可以兼容较多的浏览器。 (4) 扩展能力较强。在对视频监控综合系统在进行设计时是以模块化为设计理念的, 因此其系统的扩展能力是相对较强的。 (5) 便于容易。由于视频监控综合系统的终端具备自动升级的功效, 所以视频监控系统可以实现长期稳定的运行, 进而使得系统维护工作变得更加容易, 也降低了维护的成本。
结语:为了实现视频监控系统与其他系统的有效集成, 要科学合理地选择出适宜的方案, 但是由于访问控制系统及PSIM系统的自身适用性的不同, 方案选择的困难程度较高, 因此, 相关单位从造价低、施工工序简单的方面考虑, 可以选择访问控制系统与视频监控系统的集成。如果施工单位考虑的是视频监控系统与其他系统整合成功率因素, 可以选择PSIM系统, 但这种系统的造价相对较高。本文主要分析了视频监控的发展现状及其与访问控制系统、PSIM系统集成的相关问题, 同时探讨了当前集成度较高的视频监控综合系统, 以供借鉴。
参考文献
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[3]徐春婕.铁路大型客运站管理系统及关键技术研究[D].中国铁道科学研究院, 2014.
养殖水质在线监控的系统集成技术 篇7
我国养殖水质监控的发展总体还处于较低水平。多数采取经验法,目测比较;有的采取分析法,由于现场缺少精确的分析,量化的精度较低。而实验室检测成本高、周期长、数据有限,效果不尽如人意。近年来,国内一些厂家在生产多参数水质实时监测装置方面做出了一些尝试,但所选的监测参数少,质量也不够稳定[1]。以中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所开发的养殖水质在线监控系统为代表,采用RS-485和GPRS等通信协议相结合方式,选用PLC或I/O工控模块、多参数水质传感器等集成养殖水质监控系统,实现了数字化运行[2]。系统连续、及时、准确地监测养殖水质及其变化状况,把水质控制在养殖要求的范围内。由于进口传感器价格较贵等原因,工程投资偏高,水产养殖单位应用养殖水质在线监控系统的也为数不多。国外养殖水质监控的研究和开发技术先进,如美国、荷兰、澳大利亚等国水质在线检测系统,检测精度和智能化程度较高,处于国际领先水平[1]。
2 养殖水质监控系统集成要素
养殖水质在线监控的系统集成就是对整个养殖生产工艺流程所牵涉的各个环节,通过统一的平台进行工程设计和组态,达到网络区域的水质检测、现场设备和养殖场各种控制的可视化运行要求。系统集成的原则是水质传感器检测原理和方法符合国家有关技术标准,设备符合技术规范,系统具有性能稳定、简单实用、性价比高等特点。同时,具备系统的可配置性和资源扩展能力。
养殖水质在线自动化监控系统主要由采样系统、传感器网络、现场控制器、FCS总线、系统软件等部分组成。
2.1 水质自动采样系统
水质监测系统的采样方式有单点式采样和多点式采样。
单点式采样就是把传感器直接设置在水中进行水质检测,设置形式可分固定和移动2种方法。单点式采样系统结构简单,如检测水样多,然而需配置的传感器也多,传感器的配置投资高。
多点式采样系统有取样泵、输水管道、过滤器、电磁阀等组成。通过现场PLC或I/O模块对阀门的控制,实现多个采样点循环测定,确保水样互不干扰。取样管道要有水样处理装置,将水样中的水草、泥沙等杂物分离冲走,避免堵塞管路,保证分析系统正常运行[2]。多点式采样适用一个传感器检测多个采样点,系统结构复杂,配置的传感器少,传感器配置投资低。
2.2 多参数水质传感器
农业部颁布的《无公害食品 海水养殖用水水质》[3]和《无公害食品 淡水养殖用水水质》[4]等标准,规定了养殖用水水质要求。但在实际生产过程中,一般通过监测和控制水质参数,把水质控制在养殖要求的范围内。譬如,水体的溶解氧应保持在5～8 mg/L;pH值在6.5～9.0,海水养殖在7.5～8.5;氨氨(NH3-N)质量浓度在0.6 mg/L以下,硫化氢的质量浓度应严格控制在0.1 mg/L以下。
多参数水质传感器是利用传感器技术、测量技术、控制技术及相关专用软件和通讯网络组成的专门系统。根据监测需要,选用相关的水化、水文、气象和生态的多个水质测试探头组合成传感器。它对养殖水体中一些主要影响鱼类生长和健康的参数进行量化分析,进而采取相应措施调控水质,确保水质符合安全需求。多参数水质传感器具有对水样检测数据自动采集及传输、测量参数现场显示、设备和异常值自动报警、自动清洗、自动校正等功能,以及数据自动存贮、供上位机通讯及查询、停电保护及来电自动恢复功能[5]。
有的多参数水质传感器能监测不同水层的垂直剖面水质参数,可用于水库、河口和海湾的养殖水体的水质监测;研究藻类分布、迁移与群体结构;研究增氧机、风力等动力驱动对水体溶解氧分布的影响;建立典型断面水质检测预警系统,对水质实施有效预测预报[6]。
近年来,国内一些单位在水产养殖多参数实时检测仪器的研制方面做出了尝试,推出了一批单参数和多参数仪器,价位适中,操作简便,但由于其传感器使用期限和校验等问题,影响了在生产实践中的广泛应用[1]。我国的传感器市场目前基本上被YSI、HACH、WTW等国外产品占领。
2.3 可编程自动化控制器(Programmable Automation Controller,PAC)
在养殖水质监控系统中,通常采用的PLC或I/O模块作为控制节点,应用RS-485通信网联结控制节点构成网络。PLC或I/O可靠性好,但软硬件结构封闭,功能差,不能提供主动的事件通知,系统的集中监控有赖于服务器的定时查询等。
PAC保持了PLC的编程方式和特点,而且有实时操作系统和现场总线功能,提供通用开发平台和单一数据库,可满足系统设计和集成的需求,实现逻辑控制、过程控制和人机界面功能,性价比高,为系统提供坚实的底层基础。PAC已成为总线控制系统的主流配置[7]。在养殖水质监控系统的分布式自动化环境中,应用PAC容易实现养殖监控过程中的增氧、投饵、进水、取样等闭环控制。研究和开发PAC控制器中,要注意环境特点和应用条件,以适应水产养殖的需求。
2.4 养殖水质传感器网络
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由数据采集节点、无线传输网络和信息处理中心组成。数据采集节点集成传感器、数据处理和通信模块,各节点间通过通信协议自组成一个分布式网络,将采集数据优化后传输给信息处理中心[8,9,10,11,12,13]。
基于IEEE 802.15.4通信协议的ZigBee无线通信网络,它的低速率传输、低成本的双向无线通信技术,可嵌入各种设备中。ZigBee对等网络允许通过多跳路由的方式在网络中传输数据,具有自组织、自修复的组网能力。它特别适合于工业控制与养殖水质检测、无线传感网络和智能养殖等设备分布范围较广的应用。
ZigBee网络节点有个人区域网络(personal-area network,PAN)协调器、全功能设备(full functional device,FFD)和简化功能设备(reduced function device,RFD)等组成。PAN协调器是一个起网络控制中心作用的FFD,扮演ZigBee路由器。当网络状态发生变化时,其他FFD也能起ZigBee协调器作用。ZigBee可以构建成星状拓扑和对等网络拓扑。
在星状网络中,终端设备都与唯一的PAN协调器通信。PAN协调器一般使用持续电力系统供电,而其他设备采用电池供电。星状网络适合小范围应用。
构建ZigBee对等网络时,PAN协调器首先将自己设为簇首(cluster header,CLH),并将簇标识(cluster identifier,CID)设为0,形成网络中的第一簇。PAN协调器选择一个未被使用的PAN标识符,向其临近设备广播信标帧。如果PAN协调器允许请求设备加入该簇,就把该设备作为子设备加入到PAN协调器的邻居列表中。新加入的设备也将簇首作为它的父设备加入到自己的邻居列表中,并且发送周期性的信标帧,以便其他设备加入到网络中来。多个邻近簇相连构成一个更大的网络。PAN协调器可以指定一个设备成为邻近的一个新簇的簇首,新簇首同样可以指定其它设备成为其相邻簇首,构成一个多簇的对等网络。ZigBee簇树网络拓扑如图1所示。图中设备间的连线只表示设备间的父子关系,而不是通信链路。多簇网络结构扩大了网络覆盖范围[8]。
在养殖水质检测无线传感器网络中,由传感器和网络通信模块组成数据采集的网络节点,多个无线节点与汇集节点决定水质检测区域的范围。终端数据通过无线网络至网关,并将数据进行初步处理,然后通过串行通信接口传送至网关计算机,形成大面积水质检测无线传输网络。设置节点时,天线的选择和设置会直接影响整个无线通信网络的运行质量。
2.5 现场总线控制系统(Fieldbus Control System,FCS)
现场总线是连接分散的现场数字化控制装置的一种串行、数字式、多点、双向通信的数据总线,是底层设备之间的通信网络[7]。在养殖水质监控领域常用RS-485通信协议或CAN-bus通信标准2种总线。
RS-485标准工业接口只定义平衡多点传输线的驱动器和接收器的电特性,高层标准都将其作为物理层引用,通常设计为用于半双工传输。 RS-485采用单主从结构,差分传输为可靠数据传输提供了足够的裕度,适用于噪声环境的联网。由于其本身局限性,一旦节点出现故障,容易造成整个总线网络的瘫痪[7]。因RS-485设备简单、低成本等原因,在通信数据量不大、传输频率不高的场合,也常采用RS-485作现场数据通信。RS-485虽用作数据通信,但不是FCS现场通信标准。
控制器区域网总线(controller area network bus,CAN-bus)是8种FCS现场总线国际标准子集之一,是典型的现场总线,擅长离散控制。CAN总线特点:多主方式工作、总线仲裁技术、广播式数据通信、高传输可靠性、适合于网络化智能设备。与RS-485相比较,CAN-bus在通信能力、可靠性、实时性、灵活性、易用性、传输距离、成本等方面都有明显的优势。
池塘养殖的CAN-bus系统结构如图2所示。在CAN现场总线系统中,PC机(或工控机)和嵌入式控制设备都作为一个标准的CAN网络节点。上位机与节点之间采用CAN总线进行通信,传输介质采用屏蔽双绞线。上位机由工控机和CAN适配卡组成,监控各节点的状态和发送控制命令。而网络的节点由带CAN通信接口的PLC或I/O控制模块组成,接收上位机发送的命令,并执行对增氧机、进出水泵、取样泵、投饵机等养殖设备的控制。同时向上位机返回设备的状态信息。
目前,大部分节点设备仍使用RS-232或RS-485接口进行数据通信。在工程中采用CAN总线通信模块对通信接口进行数据转换,实现数据在RS-232和CAN总线之间的完全透明传输,将具有RS-232接口的设备变成标准的CAN通信节点,则能简便地获得高可靠的CAN现场总线控制系统。
FCS系统将测量和控制彻底分散到现场设备中,大量信息在现场处理,系统简单、利于维护[5]。FCS的优点是分散的控制方法及数字通讯使系统可靠性提高、产品互换性好、系统有预测性维护功能。
在水质监控系统中,FCS系统集成时应考虑养殖水质参数的变化是缓慢的,且有滞后效应。节点的数据采集和监控不应苛求响应速度,但要有复杂的模拟量处理能力。水质参数的测量,物理原理是古典的,但传感器和控制器应向数字智能化发展[7]。
2.6 系统软件
我国的养殖水质监控系统软件具备实时数据采集、数据管理、实时数据监视、数据组态、历史管理、数据查询等功能[5]。人机界面面向操作员,把实时动态的各种信息量以图形、文字、画面的方式有机地结合在一起,操作简便,直观性强。可用键盘和鼠标完成对软件的全部操作,采用中文界面。
组态软件作为自动控制系统监控级的开发环境和软件平台,用于工业现场的检测、数据采集等,其优点是功能强大、易于二次组态开发、性能稳定[7]。市场上组态软件商品有ifix、intouch、wincc等,国产也有组态王、mcgs等软件。通常,根据养殖工艺及使用要求,在系统平台上进行组态开发,完成监控软件的编写。监控软件属非标产品,但影响系统的可用性、安全性。系统软件也可用VB、VC等软件编写,但必须从底层设备编程,工作量大,不利系统修改。
系统应用软件要求实用、可靠、先进、可扩充和开放性,具有易于维护和安全可行等优良性能,留有可扩展空间。同时,要注意到组态软件对总线设备的支持程度。有些监控组态软件,对一些主流的总线设备有着良好的支持,通过DDE、OPC或者直接连接等方式进行通讯。另些组态软件则支持的种类较少。
作为完整的水质自动监控系统应用软件,不仅能接受节点在线设备的实时数据,而且还应具备历史参考数据、手工输入数据、实验室分析数据、便携式仪器现场处理应急传输的数据处理功能。
3 集成养殖水质监控系统要注意的问题
系统集成的本质就是优化的统筹设计,包括软件、硬件、操作系统技术、数据库技术、网络通讯技术等集成。为达到系统的低成本、高效、性能匀称、可扩充性要求,传感器检测、智能控制器、实时数据库、监控网络等是集成时需同步解决的核心技术。在养殖水质在线监控的系统集成时,还必须注意:
(1)实用性 坚持为生产过程、经营管理和领导决策服务。构建能连续、及时、准确地监测目标水质及其变化状况的监测系统,提高水质监控能力,有效地推广和普及规范化的水质监控手段。
(2)先进性 当前先进技术不断向渔业行业渗透,推动着水产行业的技术升级,同时构成了数字渔业的丰富内涵。从创建“数字渔业”出发,以国家对渔业先进的养水要求为支撑,研究、开发和集成水质在线检测系统,使得检测精度和智能化程度较高,现场设备做到数字化、智能化、网络化、FCS总线化,这是“数字渔业”对监控系统的集成要点。
(3)可靠性 根据区域分散、设备野外设置、工况环境恶劣等我国池塘养殖的区域特点,器件采用国标产品,系统保证开放性、可扩展性等特点;设备操作简便、直观,以利于各个层次的人员使用;关键部分应有安全和容错措施,以确保系统的可靠运行。
(4)经济性 根据我国水产养殖现状,积极地加大科研力度,开发价格低廉、性能可靠的水质监测设备,提供基础的系统底层配套设备。结合无公害水产品养殖标准,开发和研究适用于不同层次需求的水质监测系统,促进水产养殖的科技进步和产业升级,实现我国水产养殖业增长方式转变。
系统集成与数字化监控系统 篇8
自从1984年在美国出现了第一幢为世人公认的所谓智能化大楼以来, 世界各国都先后出现了智能建筑热潮。中国也早在20世纪80年代末、90年代初就开始研究建设智能建筑, 至今已有20多年的历史。如今, 智能建筑的建设已成为我国国民经济的一个新的增长点。而同时, 智能建筑技术水平也是一个国家综合国力和科技国力的一种体现。
在我国, 智能建筑技术和智能建筑建设发展非常迅猛, 现已开始从低水平的从无到有向高水平的纵深发展迈进。
在我国, 人们对建筑智能化, 尤其是建筑智能化的一体化系统集成的认识有一个发展的过程。
早在1998年, 原建设部在上海召开的全国智能建筑技术研讨会上, 有两种观点是绝对对立的。一种观点认为没有实现一体化系统集成的智能建筑就称不起为实质上的智能建筑;笔者所持的就是这一观点。另一种观点认为, 在我国, 实现一体化系统集成既无需要也无可能, 各子系统能开通就不错了;当时持此种观点的人占绝对多数。
1999年, 原建设部在北京召开的智能建筑系统集成技术研讨会上, 韩国来宾介绍了韩国人参烟草专卖局大楼一体化系统集成的案例, 促使与会的国人取得了共识, 即一体化系统集成在甲方需要时是有必要的, 也是可行的, 但不能一味地追求一体化系统集成。
2000年, 原建设部在北京召开的智能建筑技术研讨会上, 人们不再讨论需不需要和可不可能进行一体化系统集成了;中心议题变成了一体化系统集成采用何种技术, LonWorks技术和BACnet技术成为大家关注的焦点——系统集成的发展向前迈进了一大步。
2001年, 原建设部在北京召开的研讨会上, 已经出现了一些我国自己的一体化系统集成案例。
短短几年间, 人们的认识发生了很大的变化。
而人们对于一体化系统集成的投入和产出的认识也发生了很大的变化。前几年, 人们普遍认为实施一体化系统集成要增加10%~15%的投资;而现在的认识则是实施一体化系统集成可以在整个智能建筑的生命周期内减少投资10%~15%, 原因是减少了重复建设投资, 以及操作和维护费用。
一体化系统集成对整个建筑智能化系统功能和性能的提升作用更是显而易见的, 可以实现“1+1>2”的效果。例如, 处理一次火灾报警或一次盗警突发事件, 一体化集成系统可以调动整个建筑智能化系统的管理中心、指挥中心、通信系统、监控系统、报警系统、广播系统、门禁系统、电梯控制系统、照明系统、供配电系统、给排水系统、消防系统等所有相关子系统, 很可能由此挽回一次重大的经济损失和政治损失。
所谓一体化系统集成是将建筑智能化各子系统集成在一个局域网 (LAN) 平台上, 然后再利用交换器使之同广域网 (WAN) 相联。一体化系统集成在节能和节省人力方面的效益十分明显。
电视监控系统作为建筑智能化系统的一个重要的子系统, 当然应该满足一体化系统集成对其功能和性能的要求, 而具有了相关的功能和性能, 当然也就具备了远程监控的所有功能。
2 远程监控系统
所谓远程监控系统, 就是能通过计算机网络, 尤其是广域网读到、看到或听到监控系统的信息或状态, 以及向监控系统发送监控命令或设置系统状态。
早期纯模拟式的监控系统无法实现远程控制功能——其采用同轴电缆传输模拟音像信号的模式在传输距离上受到限制;而由于没有联网功能, 也无法接受远程控制命令。
前些年, 为了克服模拟监控系统的缺点, 在4C (即Computer、Communication、Control、CRT) 技术高度发展的基础上, 出现了数字监控系统、多媒体监控系统、网络化监控系统、远程监控系统、硬盘录像监控系统等监控系统。然而从技术角度上看, 这些不同名称的监控系统实质上都是由模拟系统数字化而产生的, 其不同的名称只是强调了某一方面的功能或性能而已。
目前能实现上网或实现远程监控功能的监控系统基本上有两种形式 (结构) , 即模拟与数字技术相结合的监控系统和纯数字化的监控系统。
2.1 模拟与数字技术相结合的监控系统
模拟与数字技术相结合的监控系统技术上已经成熟, 产品化程度也很高——通常所称的多媒体监控系统、远程监控系统、硬盘录像机监控系统等都属于此类。此类系统的共同特点是对模拟音视频信号进行A/D变换, 实现数字化数据压缩、数字图像处理、数字图像传输, 甚至是数字视频移动目标检测和报警等功能。
此类模/数混合监控系统的物理系统结构如图1所示。
各种模/数混合监控系统在结构形式上有所不同, 但技术措施基本上大同小异。例如许多多媒体监控系统, 就是在模拟监控系统的基础上加上多媒体计算机, 实现数字化图像处理、存储、传输等功能。又如硬盘录像系统, 是将模拟和数字系统一体化集成在一台主机中。一些称为视频服务器、网络服务器或代理服务器的产品也都是名称虽然不同, 技术措施却大同小异——都是通过对模拟系统的数字化实现远程监控功能。
数模结合的监控系统大多采用在系统中心进行模数转换的结构;但由于模拟传输存在诸多弊端, 也有一些数模结合的监控系统采用采集模拟信号后将之转换成数字信号再进行传输的系统结构。
2.2 数字监控系统
如图2所示, 所谓数字监控系统, 其本身就是一个网络——不但可以是专用网、网段、局域网, 甚至在理论上也可以是广域网, 其每一个系统设备基本上都是直接上网或联网的, 通过有线或无线IP网络进行数字化形式的视频信息传输。对于这种监控系统而言, 只要是网络可以到达的地方就一定可以实现视频监控和记录。此外, 这种监控系统还可以与很多其他类型的系统进行完美的结合。
数字监控系统不需要传统的模拟视频切换矩阵和音频切换矩阵;由于其每个系统部件或系统设备都有一个唯一的网址, 因此每个系统部件或设备都具有上网功能, 可通过各种IP协议实现数字监控功能。
数字监控是计算机、网络、通信以及视频编解码等多项高新技术整合的产物。与传统的监控相比, 数字监控系统更易于实现计算机的视频信息的压缩、储存、分析、显示以及报警等自动化处理, 从而实现无人值守;通过网络平台可实现远距离监控, 即使是对数千千米外的监控点也能获得亲临现场般的效果;利用先进的软件系统不仅在几分钟内便可完成大量的数据分析, 实现监控效率的提高, 而且能获得更为逼真、清晰的数字化图像, 实现更为便捷、实用的监控管理和维护。
数字监控的优势主要有六个方面的具体体现:
(1) 可利用既有局域网, 无需另行布设视频线
传统监控系统的实施是要专门铺设视频线、音频线、控制线的。而大型企事业单位通常占地面积很大, 铺设这些线路费时、费力、费钱。数字监控系统可以利用企业既有的局域网来传输视频、音频以及控制信号, 因此实施中无需专门布线, 较传统监控系统方便得多。
(2) 可高效实现远程监控
要实现跨地域远程监控, 采用数字视频监控系统是首选。尽管某些硬盘录像机也具有网络传输的功能;但硬盘录像机功能侧重于本地录像, 远程传输的效率远不及网络摄像机、网络视频服务器, 软件功能也不大完善。而网络摄像机、网络视频服务器是专为实现远程监控而设计的, 网络传输效率非常高, 而且客户端软件也比录像机的软件要专业、易用得多。
(3) 无需设置监控中心, 支持多人同时监控
传统监控系统需要专门设置一个监控中心, 管理者如果要查看监控画面或录像资料, 必须前往监控中心。而通过数字视频监控系统, 管理者可以在自己的办公室, 用自己的电脑监控实时画面或查看录像资料;而且多位管理者均可各自监控, 互不影响。
(4) 可实现多路图像集中管理
传统监控系统中, 每台硬盘录像机最多只能管理32路图像。而数字视频监控系统则大大跨越了这个限制, 可通过一台电脑主机管理多达上千路的图像, 充分发挥出集中管理的优势。
(5) 采用分布式架构, 易安装、易扩展
传统监控系统采用集中式架构, 将所有视频线、音频线、控制线集中到监控中心;如要增加摄像机, 则需再布线;如果想搬迁监控中心, 则工程浩大。而数字视频监控系统采用分布式架构, 各个网络摄像机、视频服务器分布在单位中的不同位置, 监控录像主机也可设在单位内的任何地方——只需连接网线即可;摄像机的增加、监控主机的转移可以随意进行, 完全没有制约。
(6) 集成了监听、广播、报警、远程控制等功能
数字监控系统除了视频监控外, 还集成了监听、广播、报警、远程控制等多项功能;而相关信号的传输全部通过网络完成, 无须另外布线。
实现了监听功能, 监控中心可以监听多个前端设备采集的声音;实现了广播功能, 监控中心可选择通过多个前端设备对相应现场喊话;实现了对讲功能, 监控中心可与任何一个前端设备进行双向语音对讲;实现了报警功能, 可以通过中心管理软件对前端设备进行布撤防管理, 可实现报警的同时联动相应的视频窗口弹出、录像、电子地图闪动, 甚至联动摄像机转到相应角度的功能;实现了远程控制功能, 监控中心可以控制网络摄像机、网络视频服务器上的报警输出端口的输出信号, 从而控制相应设备。
近几年, 数字监控系统得到了飞速的发展, 网络产品和网络平台在技术上已逐渐趋于成熟, 一些数字监控系统工程也已相继建成。由于较传统监控系统拥有巨大优势, 数字监控系统的普及是大势所趋, 数字监控系统必将在建筑智能化领域发挥越来越重要的作用。