一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统技术方案

本实用新型专利技术属于生产监控指挥系统，具体涉及一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，包含3D图形工作站、数据处理模块、数据存储模块、I/O采集模块(模拟量、开关量)、临界报警通讯模块、火灾报警通讯模块、IP网络音频模块、视频采集模块、电源模块。该系统基于三维可视化技术，对核工业现场的各工艺系统、设备及附属设施以三维虚拟场景的形式进行表达，并且能够有效的将核工业现场的各类专用系统整合到一起，实现现场各类数据的集成，利用实时数据对三维场景进行驱动，达到核工业现场的三维可视化监控效果，实现集中管理、协同作业，从而提高人机交互效率，增强事故应急能力，降低人员劳动强度，减少人力资源配置，便利维护检修工作，降低安全隐患。

A three dimensional integrated monitoring and command system used in the field of nuclear industry

The utility model belongs to the production control system, in particular to a three-dimensional integrated monitoring command system of nuclear industry field, including 3D graphics workstation, data processing module, data storage module, I/O collection module (analog and digital), critical alarm fire alarm communication module, communication module and IP module, audio video network acquisition module, power supply module. The system is based on 3D visualization technology of the process system, nuclear industrial equipment and ancillary facilities to express the three-dimensional virtual scene, and can effectively put all kinds of special system of nuclear industry site together, realize the integration of various types of data, the 3D scene is driven by real-time data, achieve 3D visualization the effect of nuclear monitoring in industrial field, achieve centralized management and collaboration, so as to improve the efficiency of human-computer interaction, enhance emergency response capability, reduce labor intensity, reduce the allocation of human resources, convenient maintenance and repair work, reduce security risks.

【技术实现步骤摘要】
一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统
本技术属于一种生产监控指挥系统，具体涉及一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统。
技术介绍
核工业生产现场的监控指挥系统一直以来是核工业企业生产安全的重要保障。目前核工业生产现场的监控指挥系统主要包含生产过程监控系统、广播系统、视频监控系统、火灾报警系统、临界报警系统、区域γ监测系统、可燃及有毒气体报警系统、通风控制系统等。其中生产过程监控系统目前的主要手段是通过生产人员在现场进行近距离观察或以二维组态画面的形式供操作人员监视和控制现场设备。一方面部分核工业现场的物料放射水平高，毒性大，人员不宜长期驻留现场，而另一方面，二维组态画面将主要设备、管道以抽象的静态模拟图片进行展示，导致无法将现场的设备实际状况、空间布局、位置信息等向监控指挥人员进行全面展示，增加了维护检修作业的难度，降低了应急反应能力。此外核工业的各类专用系统均来自不同厂商、标准各异、难以兼容，各自独立运行，不能有效整合信息，形成信息孤岛，造成了现场人员劳动强度高，指挥调度难度大效率低的情况，制约了核工业生产现场监控指挥能力的发展。基于三维可视化技术的综合监控指挥系统能够有效打破信息孤岛的局面，成功的解决不同系统、不同厂家、不同协议间的相互兼容与集成的难题，通过基于实时数据驱动的三维立体场景展示生产过程全貌，能够提升人机交互效率，降低人力资源配置，减少安全风险，是核工业现场监控指挥系统的未来发展方向。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，实现现场生产操作过程的三维可视化实时监控效果，同时将核工业现场的各配套专用系统进行数据采集与集成，实现统一调度，一站式管理。本技术的技术方案如下：一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，包括电源模块，以及与信息数据采集模块相连接的数据存储模块，所述数据存储模块连接数据处理模块，所述数据处理模块连接3D图形工作站，3D图形工作站调用数据处理模块处理后的信息，驱动3D模型实时展现现场运行状态；所述的信息数据采集模块包括如下模块：I/O采集模块，负责采集核工业现场的仪表、探头、传感器所监测的实时数据；火灾报警通讯模块，负责与火灾报警系统进行通讯，实时获取报警信息；IP网络音频模块，负责与厂区广播系统的各节点进行通讯，以数字网络的形式接收和发送语音信息；临界报警通讯模块，负责与专用核临界报警控制柜进行通讯，实时监测辐射剂量指标及报警信息；视频采集模块，负责将现场各监控摄像头的视频信号进行采集、处理，并通过网络实时上传。进一步，如上所述的用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其中，所述的电源模块由整流器、逆变器、电池及相关电路组成，采用AC-DC-AC模式，当市电正常时，整流器和逆变器同时工作，给负载供电的同时对电池进行充电；当市电异常时，整流器停止工作，转由电池经逆变器向负载供电。进一步，如上所述的用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其中，所述的数据处理模块采用配有数据应用与分析软件的高性能计算机。进一步，如上所述的用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其中，所述的火灾报警通讯模块采用两总线连接方式，连接现场多种火灾系统器件，将报警相关数据实时发送至数据处理模块。进一步，如上所述的用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其中，所述的IP网络音频模块通过工业以太网接口与各广播节点的IP网络音频终端进行通讯。进一步，如上所述的用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其中，所述的临界报警通讯模块配有485通讯接口及工业以太网接口，采集各类临界报警系统的数据处理箱及检测仪表的数据与报警信息，通过工业以太网传输至数据处理模块。进一步，如上所述的用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其中，所述的视频采集模块具有UART异步串口、SPI同步串口及工业以太网接口，将采集的视频信号传输至数据存储模块。本技术的有益效果如下：1)该系统采用两级架构，通过千兆工业以太网实现通讯，各功能模块均采用统一以太网接口。2)除3D图形工作站外，各功能模块均具备标准的机械尺寸和物理接口，涵盖了千/百兆光/电网络模块，同时部分模块配备模拟信号(4-20mA和0-5V)和离散信号采集接口、数字信号通讯接口(RS-485、RS-232)等组件。3)系统具有伸缩性，可根据实际需要，配置模块种类与数量。本系统设计采用综合性平台的建设构思，解决了核工业现场各类系统在跨系统、跨平台等方面存在的问题，增强了集成监控指挥能力，同时为设备维护、信息管理等提供标准化、开放性、可伸缩性的综合性管理平台。“综合性平台”和“标准模块化”的设计思路具有前瞻性、先进性，符合核工业行业特点，能在完整的核工业现场生产运行维护周期内提供高质量服务。附图说明图1为本技术用于核工业现场的三维综合监控指挥系统的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。本技术所提供的三维综合监控指挥系统专门应用于核工业生产现场，其通讯协议及硬件接口兼容核工业现场常用系统及设施，可对现场生产过程控制系统、广播系统、视频监控系统、火灾报警系统、临界报警系统、区域γ监测系统、可燃及有毒气体报警系统、通风控制系统进行数据采集与集成管理，并以三维虚拟场景的方式向操作人员展示核工业现场的各工艺流程及相关系统的核化工设备、机加装备、附属管道、自动化装置、厂房结构等，虚拟场景中的设备状态及动作过程均由系统所采集的实时数据进行驱动，达到三维监控的效果。所谓“三维”，即借助CAD、3DMAX等计算机图形软件对核工业现场的各工艺流程及相关系统的核化工设备、机加装备、附属管道、自动化装置、厂房结构等进行三维建模，实现生产现场的三维虚拟场景建立。利用计算机图形引擎软件结合后台由各类现场传感器实时传送的并通过自身软硬件系统采集处理后所形成的实时数据库对虚拟场景进行驱动，形成实时动画，从而实现核工业现场的三维可视化监控效果。举例来讲，核燃料机械加工生产线上的各型机器人安装在各类防辐射手套箱内，原本不便观察其运行状态，但当其各轴的运动数据被实时传送至三维综合监控指挥系统，在系统的三维虚拟场景里相应的机器人模型能够根据这些实时数据，实现与现场机器人的同步动作，从而实现机器人的远程三维可视化的监控；在化工生产线上，各类化工容器、管道上的传感器所测量的参数如温度、液位、压力、流量、PH值等等被实时传送至三维综合监控指挥系统，监控人员可在系统的三维虚拟场景画面里以任意视角或剖解观察的方式监控容器及管道情况，特别强调的是虚拟场景中的容器内部情况是根据上述实时数据进行同步模拟的，从而能够使监控人员直观的监控化工反应过程、物料状态信息，从而提高化工生产的平稳性、可控性、安全性。所谓“综合”，即是将核工业现场的各类专用系统整合到一起，实现数据集成，并在同一个三维可视化的监控画面内进行集中管理、协同作业，从而提高人机交互效率，增强事故应急能力，降低人员劳动强度，减少人力资源配置，便利维护检修工作，节约成本等。在“综合”的指导思想下，系统能够实现对标准传感器信号或节点设备的接入，同时兼容各类标准工业通讯协议，具有综合接入和传输能力，并通过优化拓扑结构的标准光缆(或光电混合缆)实现所有节点的连接。举例来讲，当现场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其特征在于：包括电源模块，以及与信息数据采集模块相连接的数据存储模块，所述数据存储模块连接数据处理模块，所述数据处理模块连接3D图形工作站，3D图形工作站调用数据处理模块处理后的信息，驱动3D模型实时展现现场运行状态；所述的信息数据采集模块包括如下模块：I/O采集模块，负责采集核工业现场的仪表、探头、传感器所监测的实时数据；火灾报警通讯模块，负责与火灾报警系统进行通讯，实时获取报警信息；IP网络音频模块，负责与厂区广播系统的各节点进行通讯，以数字网络的形式接收和发送语音信息；临界报警通讯模块，负责与专用核临界报警控制柜进行通讯，实时监测辐射剂量指标及报警信息；视频采集模块，负责将现场各监控摄像头的视频信号进行采集、处理，并通过网络实时上传。

【技术特征摘要】
1.一种用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其特征在于：包括电源模块，以及与信息数据采集模块相连接的数据存储模块，所述数据存储模块连接数据处理模块，所述数据处理模块连接3D图形工作站，3D图形工作站调用数据处理模块处理后的信息，驱动3D模型实时展现现场运行状态；所述的信息数据采集模块包括如下模块：I/O采集模块，负责采集核工业现场的仪表、探头、传感器所监测的实时数据；火灾报警通讯模块，负责与火灾报警系统进行通讯，实时获取报警信息；IP网络音频模块，负责与厂区广播系统的各节点进行通讯，以数字网络的形式接收和发送语音信息；临界报警通讯模块，负责与专用核临界报警控制柜进行通讯，实时监测辐射剂量指标及报警信息；视频采集模块，负责将现场各监控摄像头的视频信号进行采集、处理，并通过网络实时上传。2.如权利要求1所述的用于核工业现场的三维综合监控指挥系统，其特征在于：所述的电源模块由整流器、逆变器、电池及相关电路组成，采用AC-DC-AC模式，当市电正常时，整流器和逆变器同时工作，给负载供电的同时对电池进行充电；当市...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐冲，李磊，王德军，云效国，秦成立，陶明杰，刘庆辉，刘鹏然，景欣，杨东勃，王龙，葛双波，王巍，
申请(专利权)人：中国核电工程有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11