工業控制系統與視頻監控系統

1 引言

在工業控制系統的設計和實施過程中，經常會有一些場合(如過船閘門控制、垃圾處理控制等)除了用工業監控軟件進行工藝流程數據監控外，還需要配置專業的視頻監控系統，以使監控中心能夠直觀的、全面的掌握現場的實際情況，從而實現安全的遠程控制功能。傳統的做法一般是另外采用一套獨立的模擬信號視頻系統，如配置前端設備(含攝像機、鏡頭、云臺、解碼器等)、監視器和視頻操作鍵盤;或者采用一套獨立的數字信號視頻系統，如配置前端設備、帶視頻采集卡的計算機、視頻監控軟件。由于視頻系統與工控系統相互獨立，往往在現場需要各自獨立布線，監控中心也需兩套監視和操作設備。但這兩套系統的最終目標都是為了實現遠程控制，所以操作用戶希望能夠在同一監控畫面上同時看到實時數據和圖像，以便及時根據現場情況進行快速操作，并減少多種設備的日常操作和維護工作量，即能夠使工業控制系統和視頻監控系統最大程度地融合。

本文綜合運用工業控制和視頻監控兩種不同專業領域的最新技術，設計了一套完整的解決方案，可以在同一監控網絡中同時傳輸數據、視頻、控制信號，在同一計算機軟件的同一畫面中同時進行工情和視頻監控，從而實現了工業控制系統與視頻監控系統真正意義上的“兩網合一”。

2 方案設計

工業以太網技術是目前工控領域的一個應用熱點，常用的 PLC產品一般可以配置以太網通訊模塊，同時常用的監控組態軟件也都可以通過以太網與PLC通訊，并且一些功能強大的組態軟件具備完整的編程環境，可以通過高級語言編程實現一般應用軟件的功能。網絡攝像機(或網絡視頻服務器)是目前視頻監控領域的一項新技術，其實質是把來自CCD攝像機的視頻信號采集后按照一定的壓縮標準(如MPEG4、H.264等)轉換為可在以太網上傳輸的數據包，每個網絡攝像機(或網絡視頻服務器)具有不同的IP地址，網絡上的計算機可通過TCP/IP協議連接該攝像機(或服務器)，并通過軟件對數據包解壓縮還原為實時圖像。

本方案系統圖如圖1所示。采用SIEMENS S7-300 PLC進行現場設備控制，配置有CPU模塊CPU314、以太網通訊模塊CP343-1和各種I/O模塊;視頻監控前端設備為兩套CCD攝像機、自動光圈變焦鏡頭、云臺和解碼器，網絡數據處理采用二通道視頻輸入的網絡視頻服務器，它帶有與解碼器通訊的RS485端口和與攝像機連接的視頻輸入BNC端口，輸出為可連接到以太網的RJ45端口;監控計算機采用高性能的工控機，其監控軟件以GE Fanuc 公司的iFIX3.0作為開發平臺，該組態軟件支持ActiveX控件、VBA編程和各種通訊協議，功能非常強大;通訊網絡采用100M以太網交換機，通過超五類雙絞線連接計算機、PLC和視頻服務器。本系統實現的關鍵是在以太網上同時傳輸視頻信息和控制、數據信息，并在同一組態軟件中實現工情監控和視頻監控功能。

圖1 工控系統與視頻系統“兩網合一”方案系統圖

3 “兩網合一”的具體實現

(1) PLC組態和編程

在SIMATIC STEP7中進行PLC硬件和網絡組態，以太網模塊的IP地址可設置為192.168.0.2，子網掩碼為255.255.255.0。在DB塊中建立與上位機通訊用的變量，包括BOOL、INT等數據類型。然后編制多個FC控制程序，通過MPI電纜下載到PLC中。