張濤，朱孔明

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

淺析工業(yè)安全防范系統(tǒng)

張濤，朱孔明

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

以工業(yè)安全防范系統(tǒng)為對象，淺析其與傳統(tǒng)安全防范系統(tǒng)的區(qū)別，并就其組成及與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的融合做了闡述，以國外某工業(yè)項(xiàng)目為例介紹了綜合安全防范系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后就工業(yè)安全防范系統(tǒng)的發(fā)展方向提出一些觀點(diǎn)供探討。

工業(yè)安全防范系統(tǒng);設(shè)計(jì);生產(chǎn)過程控制;無線傳輸;云計(jì)算

1 引言

隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)安全防范系統(tǒng)(簡稱“工業(yè)安防系統(tǒng)”)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)備受關(guān)注的課題，如何為工廠、員工及周邊環(huán)境建立一套綜合的、具有先進(jìn)技術(shù)、穩(wěn)定可靠的安全防范策略已成為一個重要的課題。如何實(shí)現(xiàn)安防系統(tǒng)與工廠過程控制的無縫集成更是一個值得探討的課題［1］。

工業(yè)安防系統(tǒng)較傳統(tǒng)意義上的安防系統(tǒng)有以下不同:

(1)防范范圍:工業(yè)安防系統(tǒng)除了最基本的保護(hù)人身安全、財(cái)產(chǎn)安全之外，還包括重要設(shè)備、生產(chǎn)過程的監(jiān)視，保證安全生產(chǎn)。

(2)工作環(huán)境:工業(yè)安防系統(tǒng)要面臨一些相對惡劣的環(huán)境因素性質(zhì)的威脅，例如粉塵、強(qiáng)電磁、化學(xué)、溫濕度、震動等，必須考慮系統(tǒng)對這些復(fù)雜環(huán)境因素的適應(yīng)能力。

(3)系統(tǒng)集成:工業(yè)安防系統(tǒng)往往由多個子系統(tǒng)組成，且相互聯(lián)動，另外，安防系統(tǒng)和生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的集成也是傳統(tǒng)安防系統(tǒng)涉及不到的。

2 工業(yè)安防系統(tǒng)

2.1 工業(yè)安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想

工業(yè)安防系統(tǒng)按防范的目標(biāo)劃分如表1所示。

表1 工業(yè)安防系統(tǒng)防范目標(biāo)劃分

目前國內(nèi)大多數(shù)工廠的安防系統(tǒng)主要以第三道防線為主，在一些特殊場合例如炸藥庫、劇毒化學(xué)藥品倉庫才按照國家規(guī)范設(shè)置第一、二道防線，而在國外某些國家則基本設(shè)置了這三道防線。

2.2 工業(yè)安防系統(tǒng)的組成

現(xiàn)階段較常用的工業(yè)安防子系統(tǒng)主要包括:入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡查系統(tǒng)等［2］，其各自的定義為:

(1)入侵報(bào)警系統(tǒng)(IAS)Intruder Alarm System利用傳感器技術(shù)和電子信息技術(shù)探測并指示非法進(jìn)入或試圖非法進(jìn)入設(shè)防區(qū)域的行為、處理報(bào)警信息、發(fā)出報(bào)警信息的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。

(2)視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)(VSCS)Video Surveillance＆Control System利用視頻技術(shù)探測、監(jiān)視設(shè)防區(qū)域并實(shí)時顯示、記錄現(xiàn)場圖像的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。

(3)出入口控制系統(tǒng)(ACS)Access Control System利用自定義符識別或/和模式識別技術(shù)對出入口目標(biāo)進(jìn)行識別并控制出入口執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟閉的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。

(4)電子巡查系統(tǒng)Guard Tour System對保安巡查人員的巡查路線、方式及過程進(jìn)行管理和控制的電子系統(tǒng)。

2.3 工業(yè)安防系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的融合

目前工業(yè)安防系統(tǒng)和生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的融合主要體現(xiàn)在工業(yè)視頻監(jiān)控與工業(yè)生產(chǎn)過程管理的聯(lián)動和無縫集成。當(dāng)生產(chǎn)過程中，重要設(shè)備或區(qū)域發(fā)生預(yù)定的緊急情況時，將產(chǎn)生報(bào)警信息至視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以使操作員第一時間了解現(xiàn)場異常情況，同時進(jìn)行遠(yuǎn)程錄像，便于事后追查和時間分析，為工業(yè)生產(chǎn)流程集成化管理系統(tǒng)提供便捷管理。所以，工業(yè)安防系統(tǒng)和生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的融合可以提高生產(chǎn)效率，及時獲悉異常狀況，采取預(yù)防措施，保障生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某工廠綜合安防系統(tǒng)和生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的融合架構(gòu)如圖1所示。

圖1 某工廠安防系統(tǒng)和控制系統(tǒng)融合架構(gòu)示例

現(xiàn)階段，只有很少公司的組態(tài)軟件能夠做到真正將工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)融合至生產(chǎn)過程控制界面，目前來看兩者融合主要有以下兩種表現(xiàn)形式:

(1)過程報(bào)警自動觸發(fā)攝像并以事件和視頻的形式顯示在操作員界面上;

(2)通過圖像智能分析，將攝像機(jī)作為過程檢測探頭觸發(fā)報(bào)警，并以視頻形式通知操作員。

3 工業(yè)安防系統(tǒng)的典型案例

3.1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目是位于沙特阿拉伯王國的某金礦采、選、冶廠，年處理原礦量200萬噸，廠區(qū)的布置示意圖如圖2所示。

圖2 某項(xiàng)目廠區(qū)布置示意圖

沙特國家工業(yè)安全委員會制定的工業(yè)安全防范系統(tǒng)規(guī)范(HCIS)對廠區(qū)周界的護(hù)欄做了嚴(yán)格的等級劃分，根據(jù)廠區(qū)不同的危險(xiǎn)等級規(guī)定了不同等級的安全防范措施。根據(jù)該規(guī)范，炸藥庫、氰化物倉庫均屬于一級危險(xiǎn)區(qū)域;另外根據(jù)業(yè)主的要求，生產(chǎn)區(qū)域和停機(jī)坪也均按照一級危險(xiǎn)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置綜合安防系統(tǒng)，廠區(qū)周界圍欄按照三級危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置綜合安防系統(tǒng)。

一級防范等級的圍欄安防系統(tǒng)布置示意圖［3］如圖3所示，從圖中可以看出，HCIS規(guī)范對圍欄內(nèi)外的安全防范措施及防護(hù)各層之間的距離都做出了明確的規(guī)定。

3.2 綜合安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)范，對廠區(qū)進(jìn)行了安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì):

線防:廠區(qū)周界設(shè)置實(shí)體圍欄;

面防:對重點(diǎn)區(qū)域如炸藥庫、氰化物倉庫按照沙特當(dāng)?shù)豀CIS規(guī)范設(shè)置入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)等;

點(diǎn)防:對生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備及流程關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

該工程綜合安防系統(tǒng)配置簡圖如圖4所示。

該綜合防范系統(tǒng)大致可以分為以下四個層次:

(1)前端設(shè)備

視頻監(jiān)控系統(tǒng):由于各區(qū)域相對獨(dú)立且考慮到先進(jìn)性，采用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)較為適宜;

入侵報(bào)警系統(tǒng):由于項(xiàng)目所在地為干燥沙漠地區(qū)，在極端情況下風(fēng)沙造成的能見度非常低，采用紅外探測器容易產(chǎn)生大量誤報(bào)警，所以選用埋地泄露電纜，并采用總線制模式;

出入口控制系統(tǒng):包括控制器、磁力鎖、門磁開關(guān)、感應(yīng)式讀卡器、緊急開關(guān)等，采用總線制模式。

(2)傳輸設(shè)備

入侵報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警主機(jī)及出入口控制系統(tǒng)的主控模塊均帶有網(wǎng)絡(luò)模塊，所以將它們連接至光電交換機(jī)，將各系統(tǒng)信號轉(zhuǎn)換為光信號通過光纜傳輸至監(jiān)控中心。

(3)處理、控制設(shè)備

在監(jiān)控中心通過光電轉(zhuǎn)換器將各區(qū)域傳送來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號;管理主機(jī)用于報(bào)警事件的處理、電視墻系統(tǒng)的顯示管理等。

(4)顯示、記錄設(shè)備

電視墻和DLP拼接屏幕用于安防系統(tǒng)及生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的顯示;存儲設(shè)備采用大容量的磁盤陣列;流媒體服務(wù)器則用于外部網(wǎng)絡(luò)對安防系統(tǒng)數(shù)據(jù)的訪問。

4 問題探討

(1)無線傳輸

由于無線數(shù)據(jù)傳輸存在抗干擾能力差、傳輸性能不穩(wěn)定、成本高等問題，傳統(tǒng)的綜合安全防范系統(tǒng)大多采用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號和數(shù)據(jù)，但是隨著無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟粩喟l(fā)展，這些問題目前都已經(jīng)有了完善的解決方案［4］，所以在某些不方便使用有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膱龊?，無線網(wǎng)絡(luò)傳輸便成為一種有效的解決方案。

綜合安防系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸主要有以下特點(diǎn): 1)無需穿墻拉線，減少工程造價(jià);2)可以隨時隨地更改和增加線路節(jié)點(diǎn);3)可以同時實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量的傳輸。但是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸也存在一些問題: 1)一般無線傳輸采用的是數(shù)傳電臺的通訊方式，如果電臺的輸出功率大于10mW，需要向有關(guān)部門申請;2)傳輸路徑中，如有障礙物阻擋或者傳輸距離過長，需要增加通信中繼，增加設(shè)備成本。所以視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方案的選擇要綜合各方面因素，權(quán)衡利弊，做出最經(jīng)濟(jì)合理的方案。

(2)云計(jì)算、云存儲

近年來，云計(jì)算成為信息產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)領(lǐng)域，當(dāng)然安防系統(tǒng)也不例外，尤其是視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控通常存在遠(yuǎn)程傳輸、計(jì)算及存儲難題，而云計(jì)算的出現(xiàn)恰恰從理論上可以解決這些問題，它可以實(shí)現(xiàn)存儲完全虛擬化，無需本地存儲設(shè)備，既節(jié)省建設(shè)成本，又提供了更強(qiáng)的存儲和共享功能［5］。所以行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有人斷言云計(jì)算及云存儲已經(jīng)成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一種必然的發(fā)展趨勢［6］。但是，目前云計(jì)算和云存儲存在如下三方面的問題:

1)安全隱患。盡管各大廠商都在努力提高云存儲的安全性，但是很顯然安全漏洞是不會消失的，一旦這些漏洞被利用，將會造成不可預(yù)估的損失。

2)可用性。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)云計(jì)算和云存儲的前提是要有高帶寬的通訊網(wǎng)絡(luò)作為前提，但是在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并不算太發(fā)達(dá)的地區(qū)，這些很難達(dá)到。低帶寬會造成數(shù)據(jù)包的延時甚至丟失。

3)數(shù)據(jù)訪問。如果在客戶端執(zhí)行大規(guī)模的數(shù)據(jù)請求或者數(shù)據(jù)恢復(fù)操作，云存儲是否能夠在足夠短的時間內(nèi)提供足夠的訪問性也是一個難題。

所以，現(xiàn)階段安全防范系統(tǒng)的云計(jì)算和云存儲尚處于起步階段，其在這個領(lǐng)域的可行性和應(yīng)用還有待進(jìn)一步探討和研究。

5 結(jié)語

工業(yè)安全防范系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)安全中占有舉足輕重的地位，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及現(xiàn)場實(shí)際情況做好工業(yè)安全防范系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使整個系統(tǒng)具有先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性。

［1］陸思武.霍尼韋爾安防為水電行業(yè)安全生產(chǎn)提供多重防范策略［C］//全國大中型水電廠技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第四屆年會論文集.烏魯木齊:全國大中型水電廠技術(shù)協(xié)作網(wǎng)，2007:221.

［2］中華人民共和國公安部.安全防范工程技術(shù)規(guī)范［M］.北京:中國計(jì)劃出版社，2004:2－3.

［3］Kingdom of Saudi Arabia Ministry of Interior High Commission for Industrial Security.Security Directivesfor Industrial Facilities SEC－02 Security Fencing［EO/OL］.［2010－05－26］.

［4］鐘陽.用于綜合安全防范系統(tǒng)的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)［J］.中國安防，2007(9):62.

［5］李萬才.淺析云計(jì)算在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國安防，2011(7):44.

［6］周泉.新型云計(jì)算NVR集群技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國安防，2012(1):66.

Brief Analysis on Industrial Security＆Protection System

ZHANG Tao，ZHU Kong－ming

(General Research Institute of Mining＆Metallurgy，Beijing 100160，China)

The industrial security＆protection system(ISPS)as object，this paper analyzed the difference with the traditional security＆protection system and described its composition and integration with the production control system.Taked a foreign industrial project as an example，the design of integrated security system was introduced.Finally，some discussed opinions about the development direction of industrial security＆protection system were put forward.

industrial security＆protection system(ISPS);design;production process control;wireless transmission;cloud computing

X92

C

1009－3842(2012)05－0083－04

2012－08－01

張濤(1987－)，男，山東聊城人，碩士，主要從事自動化及安防工程設(shè)計(jì)工作。E－mail:zhangtao@bgrimm.com