本实用新型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。
背景技术：
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。
技术实现要素：
本实用新型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。
本实用新型的技术方案如下：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。
本实用新型的有益效果如下：
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为本实用新型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实用新型进行详细的描述。
本实用新型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，当现场火灾报警探头监测到异常情况而报警时，报警信息被实时传送至三维综合监控指挥系统，除了系统的三维虚拟场景会自动切换至相应报警区域外，系统还将联动监控摄像头，对报警区域进行定点监控，同时联动广播系统进行人员疏散指挥，实现报警复合与应急管理的多重功能，从而提升了现场指挥效率，减少应急反应时间。
实施例
如图1所示,本实施例所提供的三维综合监控指挥系统包含3D图形工作站、电源模块、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。其中，各类型硬件模块采用机柜式集成安装，模块类型可按需配置。上述各模块中，电源模块、数据存储模块、数据处理模块、3D图形工作站为基本配置，用户可根据现场的实际需要选配其他如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。
电源模块负责向其他模块进行供电，主要由整流器、逆变器、电池及相关电路组成，采用AC-DC-AC模式，具备不间断电源功能。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；输入相数三相四线制，电压输入范围320～470VAC。
I/O采集模块主要负责将核工业现场的仪表、探头、传感器所监测的实时数据进行采集。IO采集模块支持标准的Modbus RTU协议、支持网络型的RS485接口、支持串口RS485(波特率9600-115200bps)、支持PCI总线；支持8路DI，额定输入电压24VDC；支持8路DO，额定输出电流0.5A,负载电压24VDC；支持4路AI,分辨率12位，电流或电压；支持4路AO,分辨率12位，电流或电压。
火灾报警通讯模块主要负责与火灾报警系统进行通讯，实时获取报警信息。火灾报警通讯模块采用两总线连接方式，最多达242个总线部位点，可连接现场常用的火灾探测器、手动报警按钮、输入/输出模块、火灾显示盘等火灾系统器件，配备485通讯接口，可根据现场需要扩展使用，同时支持TCP/IP通讯协议，可将报警相关数据实时发送至数据处理模块中。
IP网络音频模块主要内容是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，保证各处人员可实时与控制中心联系。IP网络广播模块以工业以太网为接口，负责音频流点播服务、计划任务处理、终端管理和权限管理等功能；为所有数字广播终端提供定时播放和实时点播服务，响应各播控器的播放请求。通过对各广播节点的IP网络音频终端的控制，实现音频的定点播放及监听。供电电源为AC220V 50Hz，功耗≤10W支持网络通讯协议TCP/IP、UDP、ARP、ICMP、IGMP；网络输入接口：标准J45接口；网络芯片速率10/100Mbps；音频编码MP2/MP3/PCM/ADPCM；音频采样22.050kHz～44.1kHz,16位；传输位率16kbps-192kbps；信噪比>90dB频响20Hz-16KHz；失真度<3％；显示屏TFT 1.8”LCD 128x160。
临界报警通讯模块主要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。临界报警通讯模块采用嵌入式设计，配有485通讯接口及工业以太网接口，可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。
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、压缩、转换，通过网络实时上传，供监控系统调用，支持Onvif等主流网络视频协议，可控制各摄像头变焦、转向、放缩等。视频采集模块同时兼容支持数字化网络摄像机及模拟视频系统；可实现将数字化网络视频信号的压缩，转存至数据存储模块；可将PAL制式模拟视频信号实时采集并压缩成多种标准格式的图象文件；支持4路NTSC/RS-170,PAL/CCIR,SECAM制式模拟视频源；配备UART异步串口、SPI同步串口及工业以太网接口。
数据存储模块负责将制定的信息录入数据库，进行存储，同时供监控系统调用历史数据等。数据存储模块由存储设备、控制部件及管理调度的软件所组成。系统采用纵向扩展架构，支持SSD/SAS/NL-SAS/SATA磁盘，可利用现有的存储系统，通过不断增加存储容量来满足数据增长的需求，最大容量支持8*16颗磁盘。支持FC、iSCSI、SAS、FCoE、IB等SAN协议访问；支持CIFS、NFS、AFP、FTP、SFTP、WebDAV等NAS协议访问；支持Windows、Linux、Unix系统，可跨系统实现数据存储与共享；集中部署，统一管理，当系统出现异常时，通过机器指示灯报警、邮件、日志等方式将异常状况及时通知管理员。
数据处理模块负责将采集的信号进行运算处理、转换格式，所有逻辑控制等程序的执行均在此模块实现。数据处理模块采用高性能计算机，运行LINUX操作系统，配有数据应用与分析软件等，主要针对采集的数据进行筛选、整理、转化、计算及应用等，对于来自工控现场的大量数据进行快速处理并将需存储数据转存至数据存储模块中。
3D图形工作站采用市场上的高性能图形工作站，用于3D模型程序的开发与演示。3D图形工作站装载图形动画引擎，负责运行现场3D虚拟场景画面，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，供操作管理人员直接使用。
该系统具有如下特性：
1.支持以太网接口、RS-485、RS-232接口；支持标准视频采集板卡及运动控制卡；IP网络音频模块；
2.RS-485/RS-232串口支持磁隔离，网络支持电磁隔离；
3.符合FCC、CE标准，-20～70℃满足工业现场需求的工作温度；
4.直流宽压输入；
5.浪涌IV级，快速瞬变干扰IV级，辐射电磁场干扰III级，静电放电干扰III级(选配AC/DC模块时支持)；
6.全面满足本安要求，地面输出本安型防爆；
7.支持WEB界面设置及远程管理；
8.支持Onvif协议；
9.非能动散热设计；
10.IP65防护等级；
11.阻燃ABS；
12.最大外形尺寸高*宽*深＝2000mm×800mm×600mm。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。