海上石油平台视频监控系统与火灾探测系统联动设计及应用

刘玉豪

（中海油能源发展装备技术有限公司设计研发中心 天津 300452）

0 引言

近年来，随着工业生产自动化程度和信息技术的发展，人工智能、图像处理、无线传输等新技术也给视频监控系统的智能化应用衍生出更为先进的功能，视频监控系统通过与其他系统相互结合，通过智能管理系统可以实现远程监控和报警功能，大大加强了安全生产管理，提高了生产现场的管理有效性[1]。本文以海上石油平台研究为基础，遵循“充分保护投资，确保全面扩展”的指导思想，最大化充分利用现有条件下对视频监控系统与火气探测系统进行联动设计来构造一个实用、高效、安全、可靠的安防联动自动化系统，并进行应用。该设计方案不仅优化了日常管理工作，也全面提高了中海油平台的安全性。该设计方案符合未来5 年发展规划，随着安防联动报警行业逐步发展和我国监控报警工程建设的发展，此设计方案具有很高的前瞻性。

1 海上石油平台火气探测系统技术和视频监控系统技术

1.1 海上石油平台火气探测系统技术

火灾和可燃气探测报警系统（Fire Alarm and Gas Detector System），又叫火气探测系统（FGS）[2]。火气探测系统包含火气控制系统和布置在海上石油平台生产区域及生活区域的不同种类的探测设备，还包括与广播报警系统（PA/GA 系统）、紧急关断系统（ESD 系统）、安全消防系统以及供热通风与空气调节系统（HVAC 系统）的接口。

海上石油平台的设备设施长时间处在一个相对复杂的高腐蚀、高盐雾的海洋环境下。另外，受生产环境等一些因素的限制，海上平台还具有总体设备布置相对紧凑，生活楼（生活区域）与生产区域距离比较近，救逃生空间及设施受限等特点。当火灾发生时，会产生烟雾并伴随高温和火光的出现，当设置在海上石油平台现场的火气探测装置探测到火焰、可燃气或者有毒气体时，位于海上石油平台中央控制室（CCR）的火气系统会连续监控相关的现场探头，并将检测到的这些火气信号进行采集，转变为报警信号进行报警或启动自动灭火系统，第一时间使现场火灾得到有效控制。

火气探测系统从功能上分主要由可燃气控制器、火控制器（一般为基于微处理器的控制器和基于固态电路的控制器）、逻辑控制（其输入信号为各控制器的输出信号和其他开关信号）、人机界面（包括盘面声光报警和状态指示、手动按钮）、旁路（通常包括硬件旁路开关和软件旁路开关）、通信接口（如以太网接口、串口）、电源（UPS 供电）与现场的接线端子及其他附件组成。如图1 所示，火气探测系统由现场设施、火灾盘及其他相关系统的接口组成。火气探测系统的硬件配置组成情况依据不同平台情况存在不同差别，包括可燃气探测系统、火灾探测系统、硫化氢探测系统等。火焰探测器依据可燃物燃烧的不同时期、不同属性及对火灾的探测基本原理的不同又可分为烟探测器、热探测器和火焰探测器。气体探测器可以分为可燃气体探测器、有毒气体探测器（如硫化氢气体等）。

整个火气探测系统应兼顾以下列特点：（1）系统结构的模块化。系统可以对配置进行灵活布置，确定监控回路数量，如果单机结构地址容量不足，能够将系统配置成网络结构的模式。（2）系统电路设计简洁、能够做到设计简单和节省电缆、方便工程施工和检维修。（3）系统可靠性原则。系统应实现系统自我诊断和智能报警功能。即当火灾发生时，智能报警系统可根据探测到的火灾模拟量参数，作出综合判定后进行报警和控制。（4）系统中的探测器应兼具火灾模拟试验功能，可对系统逻辑程序进行便利调试。

1.2 海上石油平台视频监控系统（CCTV）技术

为了及时准确地发现重点设备、重点部位及各种油气处理设施出现的问题，避免和减少安全事故的发生，海上石油平台上通常配置安全监控系统，即在海上石油平台上布设闭路电视监视系统（Closed Circuit Television System）。如图2 所示：该系统能每天24 h，向安全/监视中心提供清晰的监视图像，必要时还可在现场设置红外线防盗功能[3]。视频的图像质量（包括图像大小、帧率、清晰度）可以由操作者在图像采集地或图像监视中心选择调节。不同位置摄像机的图像可以由操作者根据观察需要在图像监视中心进行切换。

海上石油平台的视频监控系统包含视频采集系统和数据传输系统。其中，视频采集系统又包括前端设备和视频服务器，前端设备通常选用防爆型摄像机，必要时特殊位置可选用具有红外功能的摄像机。根据具体需求可采用带有AI 功能的摄像机。视频服务器端应达到支持H.264，MPEG4等视频的标准，并支持远程控制和管理工作。数据传输系统中视频信号可通过陆地与海上平台之间的海底光纤或者陆地与海上平台之间数字微波设备传回陆地监控中心。

2 视频监控系统与火气探测系统联动设计

2.1 联动设计原则

2.1.1 可靠性原则

根据海上石油平台的要求，结合工程建设中的经验和技术要求，应满足系统整体匹配，稳定性能高，日后不会产生因多家产品造成的未来不可预见的技术衔接不匹配和软件升级等问题，也不会产生一系列诸如系统兼容性、稳定性、质量和售后服务纠纷等问题。

2.1.2 系统兼容性原则

联动系统应符合优良的兼容性和可扩充性。替换方便快捷，装拆扩容简单，使用寿命长，易于日常维护，维修时间较短等原则。

2.1.3 系统安全性原则

依据国家规定的相关标准及其有关的人身安全、消防法规来制定，除满足功能所需的指标外，其使用电压、电源箱或盒的安装、选线、穿管、接地系统也均应符合人身安全法规[4]。本系统的电源和设备安装也符合相关的消防条例[4]。

2.2 联动系统架构

2.2.1 火气盘与视频系统硬盘刻录机连接

在火气盘与CCTV 系统盘柜设置联动模块；联动模块成对存在，火气盘输出开关量信号接入联动模块A，中间通过485 信号连接在CCTV 盘柜的联动模块B，联动模块B 输出开关量信号，接对应的摄像头。图3 为联动系统架构图。

将火气盘火区报警输出的开关量信号点连接至报警主机故障点输入，通过内部的485 协议转换，变回开关量信号进入监控机柜。一个火区有探头告警，一个探头附近的监控点能做出相对应的动作，如报警音，屏幕报警自动弹出，报警时只需传送对应火区报警的开关量信号，联动视频监控。

2.2.2 联动设置预置点

根据平台摄像头布置原则和火气探测设备布置原则，将摄像头布置与平台各火区火气探测设备的布置相结合，保证每个火区的火气探测设备附近有相应的摄像头，此位置设置为摄像头监控预置点位。

2.2.3 联动云台

当火气探头检测到报警，火气盘输出常开干接点信号变为常闭给火气系统主机报警，火气系统有报警输出就会有相应的开关量信号传入对应的联动模块，通过内部的485 协议转换，变回开关量信号进入CCTV 监控机柜。

硬盘录像机接收到报警信号，协同联动其所对应区域的云台摄像头旋转到指定预置点位，并在中控中心监视器上弹出相对应画面；同时，触发监控中心本地输出多种不同的报警声音或警铃，其中声音文件可自行设定或录制。

2.2.4 联动其他系统

联动电视墙、声光报警器、联动录像/抓图系统且录像不会覆盖，将现场画面视频传回监控中心。

当前端触发报警后，系统会联动监控点对事故现场进行紧急录像及抓图，后期事故调查阶段可以通过查看录像文件和图片来复原报警时现场的实际情况。当前端触发报警后，可以把关联的监控点视频投放到电视墙上进行预览，更加直观地显示前端现场情况。

预案联动通过预案配置，对报警发生时的处理步骤进行配置。当平台接收到报警信号，监控中心管理人员可根据报警关联的预案进行操作处理。联动系统可根据事件类型、事件起源及时间等条件对报警事件查询，查询结果信息包含准确的事件发生时间和详细的事件描述。

除此之外，联动系统与海上石油平台的三维电子地图相配合，可用于管控子系统，将这些资源的平台具体位置做出展示。三维电子地图中可添加平台火区以及紧急报警设备。报警出现时，三维电子地图上自动定位该报警位置，并以图标闪烁的形式显示报警状态。并且可在三维电子地图中显示平台各火区的实时动态，其所关联的历史报警事件以及对火区进行旁路和旁路恢复等进行操作。

3 联动系统实施步骤

3.1 新增网络型摄像头系统配置（看原有监控主机是否支持联动）

报警信号接入硬盘录像机，硬盘录像机的报警信号为16 路，多个火灾报警信号连接一个摄像头的报警输入点，通过硬盘录像机设置报警联动，设置摄像头的预置位，实现报警弹屏，当一个火区发生报警时，报警信号传入硬盘录像机，则该区域的指定的摄像头会照射到预置点，可查看报警画面。

3.2 模拟型摄像头配置

选择新型硬盘录像机，并更换原有的硬盘录像机（看原有监控主机是否支持联动)。

将原有摄像头的485 控制线接入，实现原有摄像头可控制操作。报警信号接入硬盘录像机，硬盘录像机的报警信号为16 路，多个火灾报警信号连接至一个摄像头的报警输入点，通过硬盘录像机设置报警联动，设置摄像头的预置位，可在无人平台实现报警弹屏，当一个火区发生报警时，报警信号传入硬盘录像机，则该区域的指定的摄像头会照射到预置点，可查看报警画面。

3.3 火气点位系统接入

确定平台的火区分布，确定有火区DO 点的输出，如有必要需增加DO 卡件及继电器。确定增加成对的数字量串口输入输出模块，模块配置见图4。

火气盘有报警输出就会有相应的开关量信号传入对应的联动模块，通过内部的485 协议转换，变回开关量信号进入CCTV 监控机柜。一个火区有探头告警，一个探头附近的监控点能做出相对应的动作，如报警音，当画面报警弹出，报警时只需传输相应火区报警的开关量信号，联动视频监控。

3.4 系统调式

在联动设计配置完成后，需进行分项工作及系统整体联动调试工作。调试时应注意画面的分类，做好标注标签，检查好线路，线路的连接按照说明书内线缆的连接顺序进行连接，避免线序的错接现象，保证链路的畅通是施工的关键。系统只有通过子系统验收和系统试运行且文档资料齐全才能交付客户进行验收。系统试运行期间，应编制试运行的培训手册、操作维护手册及相应的详细规程[5]。

对所有联动设备在联动运行前，需要进行联动模拟测试，并在确保设备动作正确无误和子系统运行正常的情况下，连接联动控制线和反馈线，以保证系统全面得到各种性能。系统的联动应按照设计进行，其他设备联动前，应对设备及其附属装置进行全面检查，合乎规范要求后，方可进行试运行[6]。设备设施的试运行需符合设计文件及相应的技术文件要求。准备工作必须到位，并保证各相关负责人对试运行情况进行确认和签证。

4 结语

在海洋石油平台上，火灾和可燃气体探测报警系统是海洋石油工程安全生产的重要保障。本文对海上石油平台的视频监控系统与火灾探测系统进行联动设计，通过对海上石油平台火气系统和视频监控系统的结构和基本功能的研究，从满足平台的实际需求出发进行联动研究，实现了对火灾远程联动的检测，为平台正常生产及日常管理提供有力保障，将突发事件处理在萌芽状态。