Интеграция системы видеонаблюдения и АСУТП в единый комплекс. Основные подходы и практические рекомендации

Введение 

Важнейшая тенденция нынешнего дня – сближение отраслей промышленного и охранного телевидения

Сокращение рынка недвижимости и замедление темпов капитального строительства побуждают поставщиков телевизионных систем, ранее специализированных преимущественно на решении охранных задач, к активному поиску новых применений их продукции и услуг.

В продолжение темы о расширении рынка работы инсталляторов CCTV в область промышленной автоматизации, поднятой автором на форуме All-over-IP 2013, рассмотрим более детально основные подходы к постановке и решению задач интеграции телевизионных систем с системами управления технологическими процессами.

Технические предпосылки нового класса решений 

В отличие от времен зарождения телевизионной автоматики, когда количество моделей серийно выпускаемых телекамер можно было на пальцах сосчитать, а практически все средства интеграции телевизионных систем с другими сводились к "сухому контакту" и аналоговому видеоповторителю, которые зачастую надо было еще сконструировать и изготовить из дискретных электронных компонентов, нынешний проектировщик телевизионных систем располагает широкими возможностями для реализации различных связей между подсистемами.

Во-первых, значительная часть современных программных и программно-аппаратных средств построения телевизионных систем предоставляет проектировщику средства интеграции с внешней средой:

• передача в различных форматах видео внешним абонентам;
• получение видео от внешних источников;
• разнообразные интерфейсы и протоколы передачи данных для получения и выдачи сообщений о событиях и их параметрах;
• наконец, все те же самые "сухие контакты", но уже встроенные в виде свободно программируемых дискретных входов и выходов в любое мало-мальски продвинутое оборудование приема, обработки, коммутации и записи изображений.

Во-вторых, появление широкого арсенала средств видеоаналитики, позволяет обнаружить разнообразные события, актуальные для управления различными технологическими процессами. (Конкретные приемы описаны, например, в статье "Охранная видеоаналитика в системах промышленной автоматизации", VIDEO&VISION 2014, стр. 99–101.)

В третьих, появление во многих программно-аппаратных комплексах для создания АСУТП технических и программных средств ввода и обработки изображений

И наконец, решающим фактором, определяющим сегодня возможность решение задач телевизионной автоматики без проведения НИОКР, на уровне рабочего проектирования, является появление на рынке широкого ассортимента специализированных телекамер и светильников, позволяющих получать изображение необходимых параметров в сложных производственных условиях.

Это следующие классы изделий:

• камеры для работы в агрессивных средах;

Рис. 1. Коррозионностойкая видеокамера КТП-238

• герметичные телекамеры для работы под водой;

Рис. 2. N35HR Подводная радиационно-стойкая камера

• радиационно-стойкие камеры;

Рис. 3. Камера телевизионная передающая КТП-338Р

• камеры с расширенным температурным диапазоном;
• камеры для наблюдения сварки;

Рис. 4. Сварочный комплекс СА-717 производства ОАО "НИКИМТ-Атомстрой"

• камеры со специальными параметрами растра (высокой четкости, линейки и проч.)

Рис. 5. Линейка камер racer. Basler GigE камера raL12288-8gm с CMOS-матрицей Awaiba DR-12k-3.5 и частотой сканирования 8 кГц при разрешении 12k

• высокоскоростные камеры

Рис. 6. Высокоскоростная камера DC-2K

Итак, что Вы можете предложить заказчику, помимо традиционного наблюдения и тотальной видеозаписи всего и вся? 

Цели разработки решений по интеграции системы видеонаблюдения и АСУТП в единый комплекс 

В отличие от охранных задач, когда для заказчика соответствующие приобретения являются накладными расходами, и всегда есть подспудное стремление на них экономить, у Вас появляется реальная возможность предложить ему вложение в повышение эффективности бизнеса:

• снижение нагрузки на операторов и уменьшение числа их ошибок;
• уменьшение брака;
• повышение производительности контрольных операций;
• повышение эффективности контроля над действиями людей, а следовательно - повышение дисциплины при одновременном сокращении штата контролеров;
• корректное и компактное видеодокументирование событий производственной и складской логистики
• повышение эффективности расследования причин брака, аварий, хищений, травм и других нештатных ситуаций.

Способы интеграции для решения различных задач 

В зависимости от особенностей решаемых задач, интеграция системы видеонаблюдения (СВН) с системами управления технологическими и бизнес-процессами может происходить на разных уровнях:

• интеграция аппаратуры управления установкой с видеоподсистемой
• интеграция системы управления установкой с системой видеонаблюдения помещения
• интеграция системы видеонаблюдения и АСУТП

Возможны также варианты перекрестной интеграции в разных сочетаниях, которые можно реализовать, понимая три основные схемы, изложенные ниже.

Вариант 1 – интеграция аппаратуры управления установкой с видеоподсистемой

Рис. 7. Интеграция аппаратуры управления установкой с видеоподсистемой

На рисунке 7 синими линиями показаны обычные потоки информации, характерные для автономного (независимого) использования видеоподсистемы. Зелеными – потоки, возникающие при комплексном использовании видеоинформации. Живое видео может поступать как на АРМ, так и в аппаратуру управления установкой, в аппаратуру управления поступают также данные видеоаналитики, реализуемой на уровне видеоподсистемы.

Аппаратура управления, обрабатывая все сигналы состояния установки, команды оператора и сообщения видеоаналитики, формирует управляющие сигналы на видеоподсистему, а также окна АРМ, содержащие всю необходимую информацию, в том числе и необходимое для оператора видео, сопровожденное контекстными данными и вспомогательной графикой.

Вариант 2 – интеграция системы управления установкой с системой видеонаблюдения за помещением

Рис. 8. Интеграция системы управления установкой с системой видеонаблюдения за помещением

На рисунке 8, отображающем следующий уровень интеграции, для упрощения, связи видеоподсистемы с аппаратурой управления показаны как уже реализованные. Зеленым отражены потоки, обеспечивающие интеграцию системы управления установкой с системой видеонаблюдения помещения.

Здесь в процесс управления установкой вовлекается информация о событиях происходящих в помещении (например, прибытие транспорта с заготовками или появление людей в запрещенной зоне).

Система наблюдения помещения получает дополнительную видеоинформацию и информацию о тех событиях в установке, которая может быть важна для управления производством или в интересах безопасности (например, сигнал и видео о выходе изделия из установки, которые позволят активизировать процесс приемки и транспортировки готового изделия.

В эту схему, кстати, укладываются популярные и ставшие уже коробочными решения задачи видеоконтроля кассира, если кассовый аппарат спроецировать на "установку" в приведенном рисунке.

Аналогичное решение может оказаться актуальным и на уровне предприятия или цеха в интеграции с соответствующей АСУТП.

Вариант 3 – интеграция системы видеонаблюдения и АСУТП

Рис. 9. Интеграция системы видеонаблюдения и АСУТП

В этом случае, пользователям АСУТП окажется доступна технологическая и видеоинформация, и результаты ее обработки, использующей в сочетании изображения помещений, технологического процесса в установке, состояния и события, обнаруживаемые на уровнях аппаратуры управления установкой, АСУТП и видеоаналитикой, работающей в составе СВН.

Такая интеграция дает гораздо больше возможностей, чем предыдущий уровень. Она позволит, например, сократить количество операторов технологической линии, предоставляя им выборочно актуальную видеоинформацию о завершении техпроцесса на определенной стадии и проведения видеоконтроля качества результата, обеспечит синхронизацию перекрёстного видеодокументирования событий по датчикам, срабатывающим в разных подсистемах, гибко формировать информационные потоки для решения различных управленческих задач, увидеть, например, в видеоархиве, кто был за рулем погрузчика, а кто у ворот, в момент срабатывания датчика приема груза на ленточном транспортере, и многое другое.

Рис. 10.

Практические рекомендации  

1. Добейтесь от технолога понимания, что именно, кому и в какой момент требуется увидеть, какие события выявлять и на какие реагировать.

2. Определите зоны наблюдения.

3. Разработайте технические решения, обеспечивающие необходимый ракурс и качество изображения. Выберите оптимальное направление, масштаб наблюдения, вид и направление подсветки. Контур объекта часто достигается встречной подсветкой.

4. Выберите телекамеру и светильник.

5. Определите стоимость конструкторских работ и изготовления нестандартных аксессуаров.

6. Определите способ выявления места и момента события, в контексте которого требуется реакция:

• Датчик - в составе установке или дополнительный.
• Вычисление (выявление) имеющимися или дополнительными системами, например Wi-Fi - позиционирование, считывание идентификатора, определенное действие оператора и т.п.
• Видеодетектирование

7. Определите характер требуемой реакции на событие в том числе - систем видеонаблюдения и видеоподсистем интегрируемых установок:

•  Запуск, остановка, изменение какого-либо фрагмента технологического процесса.
•  Формирование и выдача сообщений.
•  Отображение:

• Наведение (поворот, зум) механическое или электронное.
• Видеокоммутация. Выбор и вывод на определенные экраны изображения или сцены из группы изображений, смена или закрытие сцены.
• Извлечение из архива, - например, вывод эталонного изображения.
• Активация видеозаписи, возможно, - совмещенной с записью контекстных данных от иных источников.
• Включение/выключение/ изменение параметров видеоаналитики.

8.Сформулируйте списки задач наблюдения в интересах безопасности и в интересах эффективности производства.

9. Все остальное – как в обычной системе видеонаблюдения, но в тесном сотрудничестве с разработчиками АСУТП.

Результаты будут весьма убедительны

Рис. 11. Интеграция системы управления технологическим процессом с системой видеонаблюдения

И последний вопрос: что делать, если способ наблюдения не очевиден? 

• Не бойтесь аутсорсинга для решения специальных вопросов.
• Сохраняйте максимальный фокус на своей профессиональной специализации.
• Создавайте бизнес-сообщества для обеспечения полноты предоставляемых услуг и повышения конкурентоспособности в выбранном сегменте рынка.

Автор: Лифшиц В.М.