[0001] 本发明属于安全生产监控技术领域，特别涉及用于罐区现场多路安全参数和视频采集、参数与视频报警联动以及安全联锁控制的罐区监控预警主机及其监控预警方法。

[0002]技术背景

[0003] 近年来，全国各地油罐区火灾爆炸事故不断发生，造成大量财产损失和人员伤亡。事故原因有管理和人为因素，但是油罐区未建立对油罐危险有害因素进行监控预警的安全监控系统是事故多发的重要原因。为此，国家颁布了《危险化学品重大危险源安全监控通用技术规范》（AQ3035-2010）和《危险化学品重大危险源罐区现场安全监控装备设置规范》（AQ3036-2010）两个标准，对油罐区等重大危险源建立安全监控系统提出了具体的技术要求：对油罐区重要部位视频、油罐液位、温度、压力等安全参数、以及罐区和泵房可燃气体浓度等进行实时监控，并实现安全参数与视频联动报警、安全联锁控制等功能，防范储罐火灾、瘪罐和冒顶等事故的发生，保障罐区安全运行。

[0004] 针对这一技术需求，目前市场上缺乏将视频和安全参数同时采集，并实现联动报警控制的专业设备。且由于油罐区液位、温度、压力等安全参数信号既有4～20mA信号，也有遵循485总线协议的信号，还有开关量信号，同时需要驱动紧急切断阀、输油泵、通风设备等，因此要求该监控设备能接入多种不同类型的信号，并能产生开关量信号。目前多数油罐区安全监控系统是通过独立的视频采集设备和参数采集设备分别获取现场图像和安全参数，通过后端软件将视频和安全参数整合在一起。这种方式实现起来成本较高，实时性较差，不利于罐区安全监控的需要。

[0028] 本发明设计的罐区监控预警主机结合附图及实施例详细描述如下：

[0029] 本发明实施例的总体结构如图1所示，本主机包括机箱及安装在机箱内的安全参数处理电路板、视频处理电路板、安全参数输入输出接口板、视频输入输出接口板、计算机电源和SATA（一种基于行业标准的串行硬件驱动器接口）硬盘等，还包括嵌装在机箱上面板的液晶屏，与主机连接的液晶显示器、鼠标和键盘，其电路连接关系为：所述安全参数处理电路板通过电源线与计算机电源的直流输出端连接，通过串口与视频处理电路板连接，通过排线与安全参数输入输出接口板、液晶屏连接，通过硬盘线与SATA硬盘连接；所述视频采集处理电路板通过电源线与计算机电源的直流输出端连接，通过排线与视频输入输出接口板连接，通过硬盘线与SATA硬盘连接；所述液晶显示器通过VGA（视频图形阵列）线与机箱后面板的VGA接口连接。

[0030] 本实施例的机械结构连接关系为：所述计算机电源用螺丝固定在机箱一角的底板上；所述安全参数处理电路板和视频采集处理电路板用螺丝固定在机箱内底板上；所述安全参数输入输出接口板和视频输入输出接口板用螺丝固定在机箱内后背板上；安全参数输入输出接口板和视频输入输出接口板的接口器件穿过后背板露在机箱外；所述SATA硬盘安装在固定于机箱底板上的支架上。

[0031] 本实施例的各主要部件的具体组成分别说明如下：

[0032] 所述安全参数处理电路板具体结构，如图2虚线框I中所示，包括安全参数处理控制器、SDRAM、FLASH、以太网控制器、16路模拟开关、AD转换芯片、SATA扩展芯片、串口扩展芯片、光电耦合器和固态继电器和SATA硬盘等，其电路连接关系为：安全参数处理控制器通过以太网接口与以太网控制器相连，通过总线与SDRAM、FLASH、液晶屏相连，通过UART接口与串口扩展芯片相连，通过GPIO接口与光电耦合器、固态继电器、16路模拟开关相连，通过总线与SATA扩展芯片相连；所述16路模拟开关与AD转换芯片相连，AD转换芯片与安全参数处理控制器SPI接口相连；所述SATA硬盘与SATA扩展芯片相连。

[0033] 所述视频采集处理电路板，如图2虚线框II中所示，包括ARM视频处理控制器、SDRAM、FLASH、以太网控制器、四路D1音视频编解码器、SATA扩展芯片、固态继电器和SATA硬盘等，其电路连接关系为：视频处理控制器通过以太网接口与以太网控制器相连，通过总线与SDRAM、FLASH和USB接口芯片相连，通过GPIO接口与固态继电器相连，通过总线与SATA扩展芯片、4个四路D1音视频编解码器相连；所述SATA硬盘与SATA扩展芯片相连。

[0034] 所述安全参数输入输出接口板，如图2虚线框III中所示，包括16个模拟量输入接口、16个开关量输入接口、8个参数报警输出接口、2个参数RS485总线接口、2个RS232接口和1个RJ45接口，其电路连接关系为：16个模拟量输入接口与16路模拟开关相连，16个开关量输入接口与光电耦合器相连，8个参数报警输出接口与固态继电器相连，2个参数RS485总线接口、2个RS232接口与串口扩展芯片相连，RJ45接口与以太网控制器相连。

[0035] 所述视频输入输出接口板，如图2虚线框IV中所示，包括1个视频报警输出接口、视频485总线接口、1个VGA接口、1个RJ45接口、16个音频输入接口和16个视频输入接口，视频报警输出接口与固态继电器相连，视频485总线接口与视频处理控制器的GPIO接口相连，VGA接口与视频处理控制器的总线相连，RJ45接口与以太网控制器相连，16个音频输入接口、16个视频输入接口与4个四路D1音视频编解码器相连，VGA接口与液晶显示器相连，2个USB接口分别与键盘、鼠标相连。

[0036] 本实施例各器件的具体实现及功能分别说明如下：

[0037] 本实施例安全参数处理控制器采用ATMEL公司的ARM处理器AT91RM9200，主要技术参数：主频180MHz，16KB内部SRAM，128KB的ROM。

[0038] 本实施例安全参数处理控制器所挂载的SDRAM采用SAMSUNG公司64M SDRAM芯片K4S641632K，所挂载的FLASH采用SAMSUNG公司的128MB NAND Flash芯片K9F1G08。

[0039] 本实施例视频处理控制器采用三星公司ARM处理器S3C2440A，主要技术参数：主频400MHz，最高533Mhz，具备16KB的I-Cache和16KBDCache。

[0040] 本实施例视频视频处理控制器所挂载的SDRAM采用SAMSUNG公司的256MB SDRAM芯片K4S561632N-LC60，主要技术参数：容量，256MB。所挂载的FLASH采用SAMSUNG公司的512MB NAND Flash芯片K9F4G08，主要技术参数：容量，512MB。

[0041] 本实施例的两个以太网控制器均采用10/100M自适应以太网MAC控制器DM9000AEP，主要技术参数：集成10/100M自适应收发器，支持背压模式半双工流量控制模式，IEEE802.3x流量控制的全双工模式，4K双字SRAM，支持4个通用输入输出口，兼容3.3v和5.0v输入输出电压。

[0042] 本实施例液晶屏采用中文字库液晶显示模块CM320240-7SLYB，主要技术参数：支持2页显示模式，内建两个4.8KB显示RAM，提供全角（16×16）与半角（8×16）文字显示模式。

[0043] 本实施例4路D1音视频编解码器采用Vweb公司四通道D1单芯片编解码器VW5010，主要技术参数：支持时分复用(TDM)模式，可进行每秒7.5帧的16路D1格式NTSC图像编码或者每秒6.25帧的16路D1格式PAL图像编码，能够接收MPEG-1、2、4或者H.263格式的视频比特流输入，将其转成ITUR.BT-656视频格式，也可将MPEG-1Layer1,Layer2、MP3、AAC、AC-3、G.711、G.726或者G.729的音频比特流输入解压缩后从IS2接口输出。

[0044] 本实施例的两个SATA扩展芯片均采用Silicon Image公司的双口SATA控制器SiI3512，主要技术参数：数据传输速率，1.5Gbps。

[0045] 本实施例的串口扩展芯片采用Microchip公司的PIC16C554，主要技术参数：工作电压，2.5～5.5V；数据传输速率，20MHz；可扩展4路串口。

[0046] 本实施例16路模拟开关采用Analog Devices公司的AD7507芯片，主要技术参数：漏电流，最大1nA～5nA；导通电阻，≤300Ω。

[0047] 本实施例AD转换芯片采用AD公司模数转换器AD9430，主要技术参数：3.3V电源，12位AD转换，可提供CMOS和LVDS两种接口模式，可提供数据同步输入和数据时钟输出，具有极好的线性特性。

[0048] 本实施例光电耦合器采用Avago公司光电耦合器HCPL-2630，主要技术参数：通道数，2Channel；最大波特率，10MBps；最大正向二极管电压，1.75V，最大反向二极管电压，5V；最大功率耗散，60mW。

[0049] 本实施例的两个固态继电器均采用Avago公司固态继电器ASSR-401C，主要技术参数：输入驱动电流，2mA；开关速度，<0.5ms。

[0050] 本实施例液晶显示器采用三星S27C750P，主要技术参数：屏幕尺寸，27英寸；动态对比度，100万:1；最佳分辨率，1920x1080；灰阶响应时间，5ms。

[0051] 本实施例计算机电源采用金河田龙霸700ELA，主要技术参数：额定功率，600W；风扇类型，14cm双滚珠轴承风扇；保护功能，过压保护OVP；交流输入，220V，5A，50Hz；3.3V输出电流，24A；5V输出电流，24A；12V输出电流，30A。

[0052] 本实施例的两个SATA硬盘采用希捷ST2000DM001硬盘，主要技术参数：容量,2000GB；接口类型，SATA3.0；转速，7200rpm；缓存，64MB；接口速率，6Gb/秒。

[0053] 本实施例USB接口芯片采用Cypress半导体公司的CY7C68013，主要技术参数：单片集成USB2.0收发器、SIE和增强型8051微处理器；时钟速率,48MHz；集成的I2C兼容控制器，运行速率100或400kHz。

[0054] 本实施例键盘采用IBM键盘40K9584，主要技术参数：接口，USB；形式，全尺寸键盘。

[0055] 本实施例鼠标采用IBM鼠标40K9201，主要技术参数：接口，USB；类型，3键光电。

[0056] 所述模拟量输入接口、开关量输入接口、视频报警输出接口、视频485总线接口和参数报警输出接口采用上海有乐电气有限公司的直焊式接线端子LG126V-5.0/5.08，主要技术参数：连接类型，直焊式；压线方式，螺钉。

[0057] 所述参数RS485总线接口和RS232接口采用9针串口，主要技术参数：型号，9P公；接触件材质，铜；针数，9。

[0058] 所述RJ45接口采用东莞讯硕电子科技有限公司的RJ45网络连接器，主要技术参数：接口类型，RJ45。

[0059] 所述VGA接口采用深圳市中怡丰电子有限公司的标准VGA接口，主要技术参数：型号，15P母；接触件材质，铜；芯数，15。

[0060] 所述音频输入接口、视频输入接口采用标准BNC接头，主要技术参数：特性阻抗，75Ω，频率范围，0～2GHz。

[0061] 在实际使用中，如图3所示，在待监控区中可设置多个所述监控预警主机，每个监控预警主机至少可以对8个储罐的参数及视频采集、安全设备同时进行监控，参数及视频采集、安全设备包括在每个储罐内安装液位传感器和温度传感器，设置一个监视储罐顶部的防爆摄像机，与储罐连接的输油管道上安装一个紧急切断阀，罐区内每隔15米设置一个可燃气体浓度检测仪，输油泵房内设置一台防爆通风设备；监控预警主机与参数及视频采集、安全设备的连接关系为：监控预警主机通过模拟量输入接口或RS485总线接口与储罐液位传感器、温度传感器和可燃气体浓度检测仪连接，通过音视频接口与防爆摄像机连接，通过参数报警输出接口与切断阀、油泵和防爆通风设备的控制器连接。

[0062] 当罐区储罐数量多于8个时，可根据储罐数量和位置部署多个罐区监控预警主机，分区域对罐区实施监控，最后通过网络交换机将安全参数和视频信息汇集到罐区监控中心的监控预警服务器，监控预警服务器对罐区的安全参数和视频实施集中监控预警。本罐区监控预警主机具有WEB Server功能，通过其IP地址访问该主机，可通过网页浏览其监控的实时参数和视频图像信息，也可对监控参数的预警和报警阈值等工作参数进行远程设置。

[0063] 本发明提出采用上述主机的监控预警方法，包括：

[0064] 1）罐区安全参数与视频采集、显示与存储

[0065] 监控预警主机读取模拟量输入接口、开关量输入接口和RS485总线接口的信号，根据预设的信号限值计算出各安全参数信息，将这些信息显示到液晶屏上，并存储到硬盘上；监控预警主机通过音视频编解码器读取各路摄像机信号，经过压缩编码后形成数字视频信号，通过主机内嵌的客户端软件以16分屏形式显示视频信号，并将各路视频信号存储到硬盘上；

[0066] 2）储罐液位超限报警与安全联锁控制

[0067] 监控预警主机采集储罐液位传感器信息，经过AD转换器转换后的信号送到安全参数处理控制器中，安全参数处理控制器将该信号与存储在其中的液位阈值进行比较；当储罐液位高于设定的液位高限阈值或者低于液位低限阈值时，主机通过参数报警输出接口向与主机连接的声光报警器、与该储罐连接的紧急切断阀和油泵控制器输出高电平信号，从而启动声光报警器报警，并在液晶显示器上单独调出监控该储罐的视频，同时与该储罐连接的紧急切断阀和输油泵被关停，停止油料输送操作；

[0068] 3）输油泵房可燃气体超限报警与安全联锁控制

[0069] 监控预警主机采集可燃气体检测仪浓度信息，经过AD转换后与可燃气体浓度阈值进行比较；当输油泵房内可燃气体浓度高于设定的浓度阈值时，主机通过参数报警输出接口向与主机连接的声光报警器、输油泵房内防爆通风设备的控制器输出高电平信号，从而启动与主机连接的声光报警器报警，并在液晶显示器上调出监控该泵房的视频，同时启动泵房内的防爆通风设备；当可燃气体浓度低于报警阈值时，主机通过参数报警输出接口向输油泵房内防爆通风设备的控制器输出低电平信号，从而关停防爆通风设备；

[0070] 4）储罐温度和罐区可燃气体浓度超限报警

[0071] 监控预警主机采集储罐温度传感器信息，经过AD转换后分别与温度阈值、罐区可燃气体浓度阈值进行比较；当储罐温度和罐区可燃气体浓度高于设定的阈值时，主机通过参数报警输出接口向与主机连接的声光报警器输出高电平信号，从而启动声光报警器报警，同时在液晶显示器上调出监控该储罐或罐区的视频，提醒现场人员通过视频确认并进行应急处置。

[0072] 上述方法均采用常规的编程技术编制的程序预先存储在监控预警主机的芯片中，该方法中的各种阈值均为保证各监控对象安全工作的参数限定值。