自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在朱家站水閘中的應(yīng)用

羅小巧, 呂建紅,高小婭

（1.溫州為民工程造價(jià)咨詢(xún)有限公司，浙江 溫州 325000；2.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020）

1 工程概述

朱家站水閘除險(xiǎn)加固工程為浙江省重點(diǎn)水利工程，也是溫州市防洪減災(zāi)重點(diǎn)工程之一。朱家站水閘位于蒼南縣，水閘于2012 年7 月底正式動(dòng)工建設(shè)，設(shè)計(jì)規(guī)模為大（2）型，具備防洪、擋潮、蓄淡等綜合功能。水閘共5 孔，每孔凈寬10 m，設(shè)計(jì)流量1 066 m3/s，為抵御50 a 一遇排洪標(biāo)準(zhǔn)，造價(jià)1.474 億元。工程自動(dòng)化監(jiān)控改造系統(tǒng)包括閘門(mén)監(jiān)控、圖像監(jiān)視、公共廣播及安防報(bào)警等系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)綜合采用自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、工程監(jiān)測(cè)等多種技術(shù)，建成一個(gè)基于局域網(wǎng)的水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。軟件開(kāi)發(fā)注重開(kāi)放性、可擴(kuò)展性，為今后工程運(yùn)行調(diào)度所需的其他各類(lèi)系統(tǒng)預(yù)留接口。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括閘門(mén)監(jiān)控、圖像監(jiān)視、公共廣播及安防報(bào)警系統(tǒng)[1]。閘門(mén)監(jiān)控主要對(duì)5 孔水閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)等設(shè)備進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控；圖像監(jiān)視主要對(duì)水閘管道間、閘門(mén)、管理區(qū)等重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，并實(shí)現(xiàn)工程管理范圍內(nèi)的安防監(jiān)控；公共廣播可以通過(guò)話(huà)筒對(duì)水閘上下游船只以及人員進(jìn)行調(diào)度，確保水閘安全、高效、可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。各子系統(tǒng)通過(guò)局域網(wǎng)有機(jī)整合在一起，形成一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享、協(xié)同工作的綜合自動(dòng)化管理平臺(tái)。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)集中處理信息，結(jié)合Web 技術(shù)，開(kāi)發(fā)基于B/S/D 架構(gòu)的水閘工程綜合信息處理和發(fā)布系統(tǒng)，能夠?yàn)楦黝?lèi)用戶(hù)提供水閘工程各個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 朱家站水閘自動(dòng)化監(jiān)控改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.1 閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)水閘規(guī)模，閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)擬采用分層分布的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)[2]，按控制層次分為遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)地自動(dòng)控制和現(xiàn)地手動(dòng)控制3 層結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。

圖2 閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主控計(jì)算機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)地控制單元（LCU）相連，與圖像監(jiān)視系統(tǒng)一起構(gòu)成完整的工程計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。水閘自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口與其他系統(tǒng)相接。

閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的3 層控制結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)地手動(dòng)控制優(yōu)先級(jí)最高，其次為現(xiàn)地自動(dòng)控制，最低為遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，三者具有互鎖功能。

現(xiàn)地手動(dòng)控制層由常規(guī)電氣控制元件組成，通過(guò)手動(dòng)按鈕操作繼電器、接觸器等設(shè)備器件，每孔水閘的手動(dòng)控制設(shè)備設(shè)置在現(xiàn)地電器控制柜。

現(xiàn)地自動(dòng)控制層由PLC、觸摸屏等自動(dòng)化控制設(shè)備組成，通過(guò)硬線(xiàn)連接采集現(xiàn)地手動(dòng)控制層的信號(hào)，并輸出控制信號(hào)。觸摸屏和PLC 之間采用MPⅠ協(xié)議通訊，輸出的PLC 信號(hào)顯示在觸摸屏上，并向PLC 發(fā)送控制命令。

遠(yuǎn)程自動(dòng)控制層包括1 套主控計(jì)算機(jī)、2 套工程師工作站和1 套移動(dòng)工作站。該層通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)地控制層交換數(shù)據(jù)并發(fā)送控制命令，同時(shí)計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)連接到閘區(qū)管理大樓局域網(wǎng)，在遠(yuǎn)程自動(dòng)控制層實(shí)現(xiàn)閘區(qū)自動(dòng)化監(jiān)控和信息管理、數(shù)據(jù)分析等多種功能。工程師工作站和移動(dòng)工作站可以通過(guò)局域網(wǎng)連接主控計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 圖像監(jiān)視系統(tǒng)

3.2.1 系統(tǒng)任務(wù)

圖像監(jiān)視系統(tǒng)主要用于工程中重要區(qū)域和設(shè)備的遠(yuǎn)程圖像監(jiān)視，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行定期巡視，監(jiān)視火警及安全保衛(wèi)。系統(tǒng)對(duì)監(jiān)視場(chǎng)景進(jìn)行錄像，以便于事故分析，并可通過(guò)局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)將圖像信息傳輸至上級(jí)管理機(jī)構(gòu)，為水閘的運(yùn)行控制提供圖像依據(jù)。

本系統(tǒng)共設(shè)15 個(gè)圖像監(jiān)視點(diǎn)，其中13 個(gè)固定圖像監(jiān)視點(diǎn)、1 個(gè)移動(dòng)圖像監(jiān)視點(diǎn)、1 個(gè)移動(dòng)圖片采集點(diǎn)，對(duì)閘站重點(diǎn)部位進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的視頻探測(cè)、視頻監(jiān)視、圖像顯示、記錄與回放。監(jiān)視點(diǎn)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)視點(diǎn)設(shè)置表

續(xù)表1

3.2. 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖像監(jiān)視系統(tǒng)由前端圖像信息采集設(shè)備和后端控制與錄像顯示設(shè)備2 部分組成，主要包括前端攝像及控制設(shè)備、圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)、圖像傳輸設(shè)備、硬盤(pán)錄像機(jī)等，采用現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)方案。系統(tǒng)共安裝3 種技術(shù)性能配置與外觀形式不同的攝像機(jī)、1 臺(tái)移動(dòng)圖像采集器和1 臺(tái)移動(dòng)圖片采集器，以滿(mǎn)足不同監(jiān)視點(diǎn)的監(jiān)視需求。其采集的視頻信號(hào)經(jīng)通信設(shè)備傳輸至中心控制室的視頻服務(wù)器，視頻服務(wù)器主要完成圖像信息的存儲(chǔ)錄像和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳工作。中心控制室的操作人員判斷所見(jiàn)信息并進(jìn)行相應(yīng)操作，完成調(diào)用、切換、控制前端圖像以及選擇性地對(duì)監(jiān)視信號(hào)進(jìn)行錄像等工作。

3.3 公共廣播系統(tǒng)

公共廣播系統(tǒng)包括廣播主機(jī)、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備等。實(shí)現(xiàn)中控室管理人員對(duì)閘門(mén)上下游船只及人員的調(diào)度，確保水閘安全、高效、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。公共廣播主機(jī)具有分區(qū)切換功能，可以及時(shí)有效地對(duì)上下游廣播進(jìn)行切換，方便調(diào)度。

3.4 安防報(bào)警系統(tǒng)

安防報(bào)警系統(tǒng)包括探測(cè)器、報(bào)警主機(jī)、報(bào)警裝置等。安防報(bào)警系統(tǒng)主要對(duì)工程中重要區(qū)域發(fā)生非法入侵、盜竊、破壞和搶劫等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的探測(cè)與報(bào)警。系統(tǒng)具有防破壞報(bào)警功能，能顯示和記錄報(bào)警部位及相關(guān)警情數(shù)據(jù)，并提供與其他子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的控制接口信號(hào)。利用被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器對(duì)非法進(jìn)入或試圖非法進(jìn)入設(shè)防區(qū)域的行為發(fā)出報(bào)警信號(hào)，經(jīng)報(bào)警主機(jī)處理報(bào)警信息后由聲光顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。本系統(tǒng)設(shè)置6 個(gè)入侵布防點(diǎn)，采用總線(xiàn)制，便于集中控制與管理。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，朱家站水閘自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)以及在提高資源共享和數(shù)據(jù)利用、保證供水穩(wěn)定和水域安全方面具有推廣價(jià)值。