電氣、視頻、廣播系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)應(yīng)用

馮世全

（中水三立數(shù)據(jù)技術(shù)股份有限公司，安徽 合肥 230000）

船閘工程電氣項(xiàng)目包括照明系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、通信廣播系統(tǒng)以及收費(fèi)系統(tǒng)幾個(gè)部分。若能夠?qū)⑦@幾個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行融合，多系統(tǒng)間能夠聯(lián)動(dòng)操作，將能提高整個(gè)系統(tǒng)的智能化、船只過(guò)閘效率、船閘日常管理效率以及降低生產(chǎn)成本。

1 各個(gè)分系統(tǒng)的架構(gòu)和工作模式

船閘工程電氣項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)的是控制系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)的一體化聯(lián)動(dòng)。

1.1 控制系統(tǒng)架構(gòu)說(shuō)明

船閘電氣控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)集散控制結(jié)構(gòu)，上位機(jī)由船閘監(jiān)控中心的監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、打印機(jī)等共同組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)船閘的集中控制、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表及打印功能等，下位機(jī)則為由2套Scheider的PLC分別實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地對(duì)上、下閘首閘、閥門(mén)等機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)地控制，每套PLC系統(tǒng)由1個(gè)主站和1個(gè)遠(yuǎn)程站組成，兩者之間通過(guò)專(zhuān)用電纜相連。另外在船閘上、下閘首機(jī)房設(shè)有用于現(xiàn)地分散控制操作的現(xiàn)地監(jiān)控主機(jī)和現(xiàn)地操作臺(tái)。

其控制管理模式船閘控制管理模式結(jié)構(gòu)分為3個(gè)層次：現(xiàn)地設(shè)備層、現(xiàn)地分散控制層、集中控制層。

（1）現(xiàn)地設(shè)備層。為船閘上、下閘首機(jī)房室內(nèi)、外的機(jī)電設(shè)備。主要包括電動(dòng)機(jī)、液壓泵站、水位計(jì)、閘/閥門(mén)開(kāi)度儀、限位開(kāi)關(guān)、交通信號(hào)燈以及室外照明燈具等設(shè)備。

（2）現(xiàn)地分散控制層。為船閘上、下閘首機(jī)房?jī)?nèi)的控制及顯示設(shè)備。主要包括PLC及遠(yuǎn)程RIO、現(xiàn)地控制操作臺(tái)、現(xiàn)地監(jiān)控主機(jī)、電機(jī)控制柜等?，F(xiàn)地控制層平時(shí)主要實(shí)現(xiàn)船閘閘首機(jī)房監(jiān)控設(shè)備的調(diào)試、維護(hù)等功能，當(dāng)船閘監(jiān)控中心設(shè)備或控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，用于現(xiàn)地分散控制操作閘、閥門(mén)，確保船閘運(yùn)行安全暢通。

（3）集中控制層。由船閘監(jiān)控中心監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及打印機(jī)等組成，實(shí)現(xiàn)船閘的集中控制、協(xié)調(diào)管理。同時(shí)對(duì)船閘的運(yùn)行情況、控制操作情況及故障情況進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，形成日、月、年報(bào)表。

1.2 視頻系統(tǒng)架構(gòu)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域?yàn)榇l收費(fèi)、登記及調(diào)度人員的工作過(guò)程，監(jiān)視收費(fèi)大廳、票房、監(jiān)控中心及閘首機(jī)房室內(nèi)、外附近區(qū)域人員活動(dòng)狀況，監(jiān)視各閘首閘門(mén)及機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況，船閘靠船墩船舶停靠情況以及公用引航道船舶通航情況。

閘首機(jī)房、配電房等處攝像機(jī)經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)將數(shù)字視頻、音頻信號(hào)及控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)后，通過(guò)單模光纖傳輸?shù)酱l監(jiān)控中心機(jī)房，遠(yuǎn)調(diào)度站攝像機(jī)信號(hào)經(jīng)交換機(jī)匯聚后，通過(guò)光纖收發(fā)器及通信光纜傳輸至監(jiān)控中心；監(jiān)控中心攝像機(jī)通過(guò)網(wǎng)線將信號(hào)直接傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)交換機(jī)。監(jiān)控中心設(shè)置視頻工作站，并安裝視頻管理軟件，實(shí)現(xiàn)所有視頻的控制、查看及管理。數(shù)字視頻圖像同時(shí)高清視頻解碼器解碼后送至視頻監(jiān)視屏幕墻的智能多屏拼接控制器，并通過(guò)圖形管理計(jì)算機(jī)（安裝大屏管理軟件）實(shí)現(xiàn)在大屏幕電視墻上的顯示及切換、控制。便于管理及操作人員任意切換和調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)船閘控制、船閘收費(fèi)、調(diào)度區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)督和管理。

1.3 網(wǎng)絡(luò)廣播架構(gòu)

船閘廣播系統(tǒng)選用了網(wǎng)絡(luò)廣播設(shè)備，全套設(shè)備的音頻傳輸從話筒到廣播主機(jī)到現(xiàn)地功放均為數(shù)字信號(hào)，廣播系統(tǒng)分為3個(gè)區(qū)域，上下游引航道及閘室，在船閘上、下游控制室及監(jiān)控中心均可對(duì)3個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行廣播。廣播系統(tǒng)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，主要是服務(wù)于視頻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，配合操作人員進(jìn)行船舶調(diào)度操作。由廣播架構(gòu)可以看出，廣播系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接必須和控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

2 控制系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)廣播系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)

2.1 多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)工作模式

視頻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)均需要集中監(jiān)控和綜合管理，并且這二者是船閘操作運(yùn)調(diào)人員日常工作的關(guān)鍵，所以視頻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)就尤為重要。二者分開(kāi)來(lái)看，船閘的控制系統(tǒng)配備了核心PLC控制器和上位機(jī)集中控制程序，現(xiàn)地各機(jī)電設(shè)備都配置了控制單元和信號(hào)反饋單元，整個(gè)控制系統(tǒng)是一個(gè)完整的閉環(huán)控制架構(gòu)，控制系統(tǒng)可以閉環(huán)的控制電氣設(shè)備，卻沒(méi)有辦法對(duì)船舶進(jìn)行通信和控制，操作人員可以控制閘門(mén)閥門(mén)的開(kāi)啟，卻無(wú)法控制船只，而通過(guò)視頻系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和視頻廣播系統(tǒng)最終是通過(guò)操作人員匯集到船閘的集中管理，中間環(huán)節(jié)較多，效率不高。多系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)是為了更好地服務(wù)于船閘運(yùn)行，提高船只的過(guò)閘效率，提高船閘的管理集中化，并減少工作人員的工作量。

2.2 多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的設(shè)計(jì)

如何將控制系統(tǒng)的要求傳遞給視頻系統(tǒng)，又如何將視頻系統(tǒng)捕捉的信號(hào)發(fā)送給控制系統(tǒng)，形成上圖的聯(lián)動(dòng)模式，這是數(shù)據(jù)通信的問(wèn)題，也是多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的核心。

視頻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，初步的聯(lián)動(dòng)要求為控制系統(tǒng)控制閘閥門(mén)運(yùn)行的同時(shí)要發(fā)送指令給視頻系統(tǒng)，視頻系統(tǒng)接受指令后，選擇針對(duì)當(dāng)前監(jiān)控控制系統(tǒng)控制對(duì)象的攝像機(jī)，將監(jiān)控的實(shí)時(shí)畫(huà)面推送到操作人員的顯示器上，同時(shí)控制系統(tǒng)提示操作人員注意觀察監(jiān)控畫(huà)面。以打開(kāi)閘門(mén)為例，門(mén)體在啟閉時(shí)操作人員必須通過(guò)4個(gè)攝像機(jī)360度全方位的觀測(cè)門(mén)體的運(yùn)行。在門(mén)開(kāi)到位后，船舶出閘，閘門(mén)的攝像機(jī)又要轉(zhuǎn)向觀測(cè)閘口內(nèi)外的船舶運(yùn)行，操作人員要調(diào)度引航道停泊的船只進(jìn)閘。通過(guò)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，可以做到閘門(mén)在關(guān)終狀態(tài)下，閘口4處攝像機(jī)視角拍攝閘室和引航道的船舶，在閘門(mén)運(yùn)行的時(shí)刻，4處攝像機(jī)自動(dòng)調(diào)整角度對(duì)準(zhǔn)運(yùn)行中的閘門(mén)，并將閘門(mén)運(yùn)行畫(huà)面在監(jiān)控界面上主動(dòng)彈出，此刻廣播系統(tǒng)自動(dòng)播放閘門(mén)運(yùn)行語(yǔ)音，提示操作人員閘門(mén)在運(yùn)行時(shí)注意觀察監(jiān)控畫(huà)面，提示閘內(nèi)船舶做好出閘準(zhǔn)備。

控制系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)的通信選用硬接線方式讓PLC和視頻系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，廣播系統(tǒng)自帶廣播控制軟件，PLC和廣播主機(jī)進(jìn)行以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)交換。

現(xiàn)地以PLC為核心，通過(guò)硬接線和前端攝像機(jī)通信，給攝像機(jī)下達(dá)控制命令，并通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)和廣播主機(jī)進(jìn)行通信，將閘閥門(mén)運(yùn)行狀態(tài)傳輸給網(wǎng)絡(luò)廣播主機(jī)。攝像機(jī)的監(jiān)控畫(huà)面上傳到視頻服務(wù)器后，上位機(jī)和視頻服務(wù)器進(jìn)行通信將實(shí)時(shí)的畫(huà)面采集過(guò)來(lái)，在監(jiān)控主界面上顯示，同時(shí)結(jié)合船閘運(yùn)行動(dòng)態(tài)，將語(yǔ)音傳遞給廣播主機(jī)，由主機(jī)自動(dòng)判斷播放區(qū)域并進(jìn)行播放。如此3個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)經(jīng)過(guò)互相的通信設(shè)計(jì)，已經(jīng)形成一個(gè)集成的閉環(huán)控制網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)地以PLC為控制核心，攝像機(jī)和廣播主機(jī)配合。在后臺(tái)，以上位控制主機(jī)為集中控制核心，視頻服務(wù)器和廣播主機(jī)配合進(jìn)行全方面的控制。至此多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，在船閘此套系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行，這套系統(tǒng)減少了閘首機(jī)房操作人員的工作量，用自動(dòng)控制系統(tǒng)替代了人工的控制。視頻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)在上位控制界面上合二為一，操作人員只需要點(diǎn)擊控制按鈕，不需要對(duì)視頻和廣播進(jìn)行操作，并且控制系統(tǒng)的糾錯(cuò)判斷會(huì)自動(dòng)提示操作人員正確的操作以及防止誤動(dòng)作。

3 多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的未來(lái)趨勢(shì)

船閘的電氣系統(tǒng)經(jīng)歷了人工手動(dòng)控制階段、繼電器控制階段到現(xiàn)在的PLC自動(dòng)控制，視頻系統(tǒng)也是從模擬視頻到普通數(shù)字視頻又到現(xiàn)在高清數(shù)字視頻系統(tǒng)，廣播系統(tǒng)更是如此，先是現(xiàn)地人工廣播，到后來(lái)的分區(qū)模擬信號(hào)廣播，到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)廣播，隨著技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的更新?lián)Q代，船閘的各個(gè)系統(tǒng)一直在發(fā)展和更新之中。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，多系統(tǒng)的融合就是船閘物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)開(kāi)始，基于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展思路，結(jié)合船閘的控制、管理模式，多系統(tǒng)的融合還將不斷發(fā)展，目前僅僅是視頻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)一個(gè)基本的互連、互通、互控，未來(lái)必將更加深度的發(fā)展，形成集成的統(tǒng)一管理平臺(tái)，將控制、視頻、廣播、收費(fèi)、調(diào)度、包括ETC系統(tǒng)，BIM、三維、GIS地圖都將納入到集中管理平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)船閘的物聯(lián)網(wǎng)，成為智慧航道的一個(gè)亮點(diǎn)。