國電泉州熱電有限公司 福建 泉州 362800

1 引言

我廠的生產(chǎn)區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng)早期隨基建一起設計施工,屬于模擬信號系統(tǒng)。受制于當時的技術水平,布置于生產(chǎn)區(qū)域的每一個前端攝像機都需要一條電源線供電和一根視頻線進行信號傳輸,這樣產(chǎn)生了大量線纜,不僅施工難度大,而且視頻信號受傳輸距離的限制。這在現(xiàn)在看來是顯得非常臃腫龐大的。

隨著數(shù)字信號系統(tǒng)的快速發(fā)展應用,模擬量系統(tǒng)幾近被淘汰。交換機和光纜等設備的大量普及應用,使得傳輸網(wǎng)絡的搭建變得更為簡單。利用交換機能夠匯集現(xiàn)場多路攝像頭的視頻信號,再通過光纖將信號遠傳至中心機房,大大簡化了視頻信號傳輸線纜,同時光纖能夠很方便的進行遠距離的信號傳送,不再受制于以太網(wǎng)線纜傳輸距離的問題。

近幾年,以太網(wǎng)供電(PoE)技術的誕生與普及,再一次為基于IP的網(wǎng)絡設備的更廣泛應用鋪平道路。PoE技術解決了網(wǎng)絡設備的供電問題,前端網(wǎng)絡設備(如網(wǎng)絡攝像頭、無線AP等)通過一根網(wǎng)線即可為設備供電同時傳輸信號。在進行系統(tǒng)架構設計時,不再需要考慮前端設備的取電問題,節(jié)省了大量電力電纜和布線施工成本。

2 PoE技術原理介紹

PoE(Power over Ethernet)技術即以太網(wǎng)供電技術,也稱為基于局域網(wǎng)的供電技術(POL,Power over LAN)或有源以太網(wǎng)(Active Ethernet)。它是在現(xiàn)有的以太網(wǎng)五類、六類線布線的基礎架構不變的情況下,通過網(wǎng)線即可為基于IP的網(wǎng)絡設備在傳輸信號的同時為設備提供所需的直流電源。IEEE國際標準委員會于2003年發(fā)布了IEEE802．3af標準,并于2009年推出了IEEE802．3at標準,為PoE技術安全可靠的應用奠定了標準基礎,只要遵循該標準,不同廠商之間設備的適配性問題就能得以解決。

PoE系統(tǒng)由兩個部分組成。一個是供電設備PSE(Power Sourcing E-quipment),為以太網(wǎng)終端設備供電,是整個PoE以太網(wǎng)供電過程的管理者;另一個是受電設備PD(Power Device),也稱客戶端設備或者負載。PSE設備主要是PoE交換機,PD設備主要是網(wǎng)絡攝像機、無線AP接入點、網(wǎng)絡電話等。PoE系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 PoE技術原理圖

標準的五類網(wǎng)線有四對雙絞線,其中有兩對空閑線、兩對信號線。IEEE802．3af標準允許有兩種供電方式,一種是在4、5、7、8空閑線對上傳輸電流(模式A),并且規(guī)定,4、5為正極,7、8為負極。另一種供電是在1、2、3、6信號線上在傳輸信號的同時向受電設備傳輸電源(模式B),極性為任意,1、2為正極,3、6為負極或1、2為負極,3、6為正極,其中的一種供電極性。

PoE系統(tǒng)的主要工作過程:

(1)檢測:在PSE為PD供電前,先輸出一個低電壓來檢測PD是否為符合標準規(guī)定的PD,通過檢測反饋電流,來判斷PD是否具有一個25kΩ的特性阻抗,若符合要求,則判斷為端口連接的是一個標準PD設備,才進行下一步操作。

(2)分級:當確認所連接的設備符合要求后,PSE會將輸出電壓進一步提高,來對受電設備進行分級,如果受電設備此時沒有回應分級確認電流,PSE默認將受電設備規(guī)為0級,為其提供15．4W的輸出功率(IEEE802．3at標準最高可支持30W的輸出功率)。

(3)供電:經(jīng)過確認分級后,PSE會向受電設備輸出48V的直流電,并確認受電設備不超過15．4W的功率要求,當受電設備超載或短路后,PSE停止為其供電,再次進入檢測階段。

3 PoE技術在火力發(fā)電廠視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)中的優(yōu)勢

火力發(fā)電廠設備復雜繁多,各類電纜交錯布置,現(xiàn)場網(wǎng)絡攝像機安裝位置特殊、布線難度大、信號傳輸易受電磁干擾等問題。利用基于PoE技術架構的IP網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現(xiàn)最大程度上的改善,它具有以下幾點優(yōu)勢:

(1)更簡便。對支持IEEE802．3af、IEEE802．3at標準的網(wǎng)絡設備,均可采用PoE技術為受電設備供電,無需另外敷設電源電纜,利用單根網(wǎng)線實現(xiàn)供電與通訊,可隨前端網(wǎng)絡設備隨意布置移動。對于特俗的現(xiàn)場環(huán)境,還能融合有線與無線的方式,非常簡便的進行布線施工。這些都對網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計架構和系統(tǒng)的施工布置都大大進行了簡化。

(2)更經(jīng)濟。采用網(wǎng)線直接供電,直接省去了電力電纜的設計和材料采購的成本費用,以及敷設電力電纜所需的配件材料費用,同時直接免去了電纜現(xiàn)場布線施工的人工成本,對系統(tǒng)維護來說,也一定程度上減少了運維成本。

(3)更穩(wěn)定。PoE作為一項遠程供電技術,有相應的國際標準支撐和約束,具有一系列科學的電源管理體系和監(jiān)測系統(tǒng),能夠保證供電設備正常穩(wěn)定的提供電源,也能保證受電設備處于最優(yōu)的能耗狀態(tài),延長設備使用壽命。同時,采用低壓直流供電能夠減少電磁干擾對網(wǎng)絡系統(tǒng)信號傳輸產(chǎn)生的影響,使得視頻信號更穩(wěn)定、不易失真。

(4)更安全。PoE供電設備并非直接為受電設備提供電源,而是經(jīng)過相應的檢測、分級后,確保受電設備符合標準后才進行供電。供電設備接口提供穩(wěn)定可靠的48V直流電,相比于通過220VAC轉換為48 VDC的傳統(tǒng)供電模式,減少了電力線纜的布線密度,提高用電安全性。

4 基于PoE技術的視頻監(jiān)控系統(tǒng)在火力發(fā)電廠的設計應用

我公司通過前期調(diào)研,結合電廠生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況,最終確定了以PoE技術為基本架構的IP網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計方案。并通過立項招標,對生產(chǎn)區(qū)域傳統(tǒng)的模擬量監(jiān)控系統(tǒng)進行了升級改造?；赑oE技術的視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖如圖2所示。

該系統(tǒng)由前端IP網(wǎng)絡設備、交換機、服務器、解碼器等組成,通訊介質(zhì)采用超五類以太網(wǎng)線和光纜,采用分布式集中管理的模式,通過權限設置,系統(tǒng)局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺客戶端均可訪問本視頻監(jiān)控系統(tǒng),并根據(jù)所使用賬號的權限級別進行視頻實時預覽、錄像回放、控制、下載等操作。

該系統(tǒng)采用了華為研發(fā)的支持PoE供電的交換機,最高支持30w的功率輸出,對電廠現(xiàn)場特殊、復雜的環(huán)境條件采用有線與無線通訊融合的方式,通過單根超五類網(wǎng)線、無線網(wǎng)橋與前端的IP網(wǎng)絡設備進行通訊連接,可實現(xiàn)百兆帶寬的傳輸速率,同時節(jié)省了大量的材料和人工成本;通過PoE交換機對現(xiàn)場布置的所有前端網(wǎng)絡設備進行匯集,再通過光纜,將信號傳輸匯集至核心交換機,可實現(xiàn)千兆帶寬的速率傳送;整個系統(tǒng)布置有72盤位磁盤陣列存儲服務器,接入核心交換機用以存儲視頻數(shù)據(jù),支持超過60天的視頻歷史數(shù)據(jù)存儲能力,支持擴展;該視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置了一臺雙路視頻服務器,用以管理整套視頻監(jiān)控系統(tǒng),同時配置了中心機房客戶端,實現(xiàn)人機交互;通過雙路視頻服務器背部的RJ45網(wǎng)口與生產(chǎn)系統(tǒng)辦公內(nèi)網(wǎng)交換機專用網(wǎng)口進行連接,實現(xiàn)辦公區(qū)客戶端對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的訪問;通過8路高清解碼器對網(wǎng)絡視頻信號進行轉換實現(xiàn)高清視頻監(jiān)控圖像上墻顯示。

目前,該套視頻監(jiān)控系統(tǒng)已正常投入使用。通過客戶端,以web方式訪問視頻管理服務器,實現(xiàn)對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的管理和控制。監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造,加強了我廠對生產(chǎn)現(xiàn)場的有效監(jiān)管,給機組檢修、日常維護工作的標準化作業(yè)及生產(chǎn)安全方面的管理提供了強有力的工具。

圖2 基于PoE技術的視頻監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

5 結束語

PoE技術的特點及優(yōu)勢,決定了其在基于以太網(wǎng)的設備組網(wǎng)系統(tǒng)中的快速發(fā)展和廣泛應用,是當前網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)和安防系統(tǒng)的主流技術。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和普及應用,新型網(wǎng)絡化、智能化產(chǎn)品設備的問世,傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠運作模式已經(jīng)不足以滿足時代進程的需求。在國家推行互聯(lián)網(wǎng)＋產(chǎn)業(yè)模式以來,各行各業(yè)都在積極探索適合自身發(fā)展的產(chǎn)業(yè)模式。各大火力發(fā)電集團也在努力尋求智能化、智慧化發(fā)電企業(yè)的轉型升級,構筑了智慧電廠發(fā)展框架體系,屆時將會有大量新型網(wǎng)絡化、智能化產(chǎn)品設備部署在各大生產(chǎn)現(xiàn)場,作為智慧電廠體系的接入層設備,為整個體系提供一雙“火眼金睛”。因此相信,未來PoE技術能夠更廣泛而深入的服務于智慧電廠的構建,助力火力發(fā)電企業(yè)轉型升級。