甌北三江標(biāo)準(zhǔn)堤自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

厲志闖,金錦強(qiáng)

(1.永嘉縣三江片開發(fā)建設(shè)指揮部,浙江 溫州 325100;2.永嘉縣水利水電勘測設(shè)計院,浙江 溫州 325100)

1 問題的提出

甌北三江標(biāo)準(zhǔn)堤工程,北起后江水庫,沿楠溪江南下至甌江,隨后沿甌江向東至開水閘,總長12.12 km。第2階段工程為甌江下段,長5.32 km,沿線涉及新建和重建水閘共4座,分別是梅園閘、中村閘、掛彩閘和開閘。為了便于管理,降低管理成本,需建設(shè)一套自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

自動化監(jiān)控系統(tǒng)是基于各子系統(tǒng),結(jié)合水利工程特點開發(fā)的分布式、多任務(wù)的計算機(jī)監(jiān)控和管理系統(tǒng)。實現(xiàn)對水閘、堤防及其它建筑設(shè)施的自動化監(jiān)控管理。系統(tǒng)具備較完善的監(jiān)控和管理功能,良好的兼容性和擴(kuò)展性,較強(qiáng)的實時性、準(zhǔn)確性和聯(lián)動功能。自動化監(jiān)控系統(tǒng)由閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)組成。

2 系統(tǒng)設(shè)計原則

系統(tǒng)設(shè)計時,遵循以下原則:

(1)技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)適用。系統(tǒng)架構(gòu)、軟件和設(shè)備均采用當(dāng)前先進(jìn)成熟的技術(shù),具有一定的技術(shù)升級能力,選擇具有最優(yōu)性價比和擴(kuò)充能力的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品,實現(xiàn)低建設(shè)成本、低運行成本及低維護(hù)成本。

(2)開放性、可擴(kuò)展性。系統(tǒng)采用基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,各子系統(tǒng)均為相對開放的系統(tǒng),不同產(chǎn)品間具有標(biāo)準(zhǔn)接口,提供多種通訊協(xié)議。提供報警信號的輸出輸入接口,具備報警信號與視頻錄像聯(lián)動、報警信號與控制輸出聯(lián)動等功能。通過增加硬件的方式可以方便地擴(kuò)充。

(3)安全可靠。充分考慮系統(tǒng)在運行時對來自系統(tǒng)本身或外部干擾的應(yīng)變能力及容錯能力,保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)運行。

(4)可維護(hù)性。系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試維修方便、平均維修時間MTTR≤0.5 h。操作管理簡便,監(jiān)控管理通過圖形化的管理界面和簡潔的操作方式,直觀、便捷、高效。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

針對該閘站規(guī)模,閘門監(jiān)控系統(tǒng)擬采用星狀光纖網(wǎng),將自動化控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為2層。閘門監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 閘門監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

按控制層次由監(jiān)控中心調(diào)度層和現(xiàn)地控制單元層組成?，F(xiàn)地控制單元層控制的優(yōu)先級最高,監(jiān)控中心調(diào)度層控制的優(yōu)先級最低,且具有互鎖功能。

3.1.1 監(jiān)控中心調(diào)度層

監(jiān)控中心調(diào)度層由監(jiān)控主機(jī)、圖像主機(jī)、安防主機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等組成。負(fù)責(zé)水閘、堤壩內(nèi)重要設(shè)備的監(jiān)測、控制與監(jiān)視。同時通過寬帶連接上級主管單位。利用監(jiān)控中心調(diào)度層完成堤防、水閘自動化監(jiān)控和信息管理、數(shù)據(jù)分析等多種功能。

3.1.2 現(xiàn)地控制單元層

現(xiàn)地控制單元層由傳感器、PLC、光端機(jī)等多種智能化設(shè)備組成。能自動收集有關(guān)信息,執(zhí)行相關(guān)程序,并作相應(yīng)處理,可以接受監(jiān)控中心調(diào)度層的指令等。系統(tǒng)采集水閘內(nèi)10 kV配電系統(tǒng)、內(nèi)河水位、外江水位、閘門閘位等信息并能遠(yuǎn)程控制閘門運行。各水閘設(shè)置 1套 LCU,共計4套。

3.2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)主要用于監(jiān)視重要區(qū)域和設(shè)備的情況及遠(yuǎn)程圖像監(jiān)視,對工程現(xiàn)場狀況進(jìn)行定期巡視,監(jiān)視火警及安全保衛(wèi)。系統(tǒng)能對監(jiān)視場景進(jìn)行錄像,便于事故分析,并可通過局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)將圖像信息傳輸至上級管理機(jī)構(gòu),為水閘、堤防的運行控制提供圖像依據(jù)。圖像監(jiān)視點布置在各水閘的啟閉機(jī)房、配電房,設(shè)置紅外定焦攝像機(jī),共8個;在堤壩上每隔500 m設(shè)置1個一體化高速球型攝像機(jī),共19個。視頻監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

系統(tǒng)內(nèi)部通訊通過RS485實現(xiàn)。系統(tǒng)共安裝2種不同規(guī)格的攝像機(jī),其采集的視頻信號經(jīng)通信設(shè)備傳輸至中心控制室,控制系統(tǒng)以數(shù)字硬盤錄像機(jī)為主控設(shè)備,其中硬盤錄像機(jī)主要完成圖像信息存儲、錄像、顯示及視頻上傳等功能。同時視頻監(jiān)視系統(tǒng)與安防報警系統(tǒng)聯(lián)動,當(dāng)有人進(jìn)入啟閉機(jī)房和配電房時自動調(diào)取相應(yīng)監(jiān)視點,對該監(jiān)視點進(jìn)行監(jiān)視,實時、準(zhǔn)確保證整個水閘和堤防的安全。

圖2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.3 安防報警系統(tǒng)

安防報警系統(tǒng)主要對工程中重要區(qū)域非法入侵、盜竊、破壞和搶劫等行為進(jìn)行實時有效地探測與報警,具有防破壞報警的功能。能顯示和記錄報警部位及有關(guān)警情數(shù)據(jù),并提供與其它子系統(tǒng)聯(lián)動的控制接口信號。在各水閘的啟閉機(jī)房、配電房各設(shè)置1對紅外安防探測器,共8對。

3.4 公共廣播系統(tǒng)

在堤壩上設(shè)置公共廣播系統(tǒng)。當(dāng)遇緊急事件時,通過公共廣播系統(tǒng)及時提醒堤壩上的游人,確保游人人身安全。在堤壩上每隔100 m設(shè)置1個喇叭,共95個。

4 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能包括監(jiān)控和管理2部分。

4.1 監(jiān) 控

4.1.1 實現(xiàn)對現(xiàn)象信息的實時采集和傳輸

(1)水閘內(nèi)電氣量的采集以交流采樣方式實現(xiàn);

(2)水閘閘門開度的采集;

(3)水閘上下游水位的采集;

(4)啟閉機(jī)的開關(guān)量信號采集;

(5)水閘、堤防視頻圖像的實時采集;

(6)水閘安防監(jiān)測點、報警開關(guān)狀態(tài)的實時采集。

4.1.2 控 制

(1)遠(yuǎn)程閘門自動控制?？刂剖也僮鲉T利用工作站的人—機(jī)接口設(shè)備控制,由調(diào)度管理中心自動化監(jiān)控系統(tǒng)通過對采集數(shù)據(jù)的判斷和分析,按預(yù)先給定的條件通過LCU實現(xiàn)對水閘的集中控制和調(diào)節(jié);

(2)現(xiàn)地閘門自動控制。運行人員利用LCU上的人機(jī)接口設(shè)備,通過觸摸屏按預(yù)先給定的條件實現(xiàn)對水閘自動控制和調(diào)節(jié);

(3)現(xiàn)地閘門手動控制。運行人員通過現(xiàn)地LCU面板上的按鈕操作開關(guān)實現(xiàn)對水閘的控制和調(diào)節(jié);

(4)有人接近室外視頻裝置時,能自動啟動遠(yuǎn)程對講裝置,值班人員可以對現(xiàn)場喊話;

(5)各科室在授權(quán)范圍內(nèi)可以對視頻監(jiān)視系統(tǒng)攝像機(jī)工作方式進(jìn)行控制操作;

(6)有人接近安防監(jiān)測點時,自動拉響警報,并自動啟動遠(yuǎn)程對講裝置,值班人員可以對現(xiàn)場喊話。

4.1.3 防盜報警

(1)報警控制。主機(jī)監(jiān)測到報警信號時,主機(jī)聲光報警,PC機(jī)顯示報警區(qū)域、地圖及報警位置;

(2)發(fā)生非法侵入事件時,現(xiàn)場音響報警,監(jiān)控中心DV及屏幕顯示現(xiàn)場圖像,并自動錄像。

4.2 管 理

信息的自動記錄、查詢,并實現(xiàn)Web發(fā)布,由靜態(tài)頁面和動態(tài)頁面組成。靜態(tài)頁面是一些不變的信息,如工程概況、建筑物布置圖、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖等;動態(tài)頁面是把服務(wù)器中存放的數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)邏輯組織,以數(shù)據(jù)表格、圖形的方式顯示,具有實時、直觀的效果。對視頻系統(tǒng)定時、自動報警、錄像、回放,靈活地設(shè)置、撤消。

5 結(jié) 語

系統(tǒng)采用當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)手段,以局域網(wǎng)為通訊樞紐,閘門計算機(jī)監(jiān)控、重要區(qū)域及設(shè)備的安防、圖像監(jiān)視系統(tǒng)及公共廣播系統(tǒng)于一體的自動化控制系統(tǒng)。具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)分布化、測量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化的特點。從技術(shù)手段上提高了水閘、堤防的管理工作效率、質(zhì)量、效益和安全水平。