瓯北三江标准堤自动化监控系统设计

厉志闯,金锦强

(1.永嘉县三江片开发建设指挥部,浙江 温州 325100;2.永嘉县水利水电勘测设计院,浙江 温州 325100)

1 问题的提出

瓯北三江标准堤工程,北起后江水库,沿楠溪江南下至瓯江,随后沿瓯江向东至开水闸,总长12.12 km。第2阶段工程为瓯江下段,长5.32 km,沿线涉及新建和重建水闸共4座,分别是梅园闸、中村闸、挂彩闸和开闸。为了便于管理,降低管理成本,需建设一套自动化监控系统。

自动化监控系统是基于各子系统,结合水利工程特点开发的分布式、多任务的计算机监控和管理系统。实现对水闸、堤防及其它建筑设施的自动化监控管理。系统具备较完善的监控和管理功能,良好的兼容性和扩展性,较强的实时性、准确性和联动功能。自动化监控系统由闸门监控系统、视频监视系统、防盗报警系统、公共广播系统组成。

2 系统设计原则

系统设计时,遵循以下原则:

(1)技术先进、经济适用。系统架构、软件和设备均采用当前先进成熟的技术,具有一定的技术升级能力,选择具有最优性价比和扩充能力的系统结构和产品,实现低建设成本、低运行成本及低维护成本。

(2)开放性、可扩展性。系统采用基于TCP/IP网络协议,各子系统均为相对开放的系统,不同产品间具有标准接口,提供多种通讯协议。提供报警信号的输出输入接口,具备报警信号与视频录像联动、报警信号与控制输出联动等功能。通过增加硬件的方式可以方便地扩充。

(3)安全可靠。充分考虑系统在运行时对来自系统本身或外部干扰的应变能力及容错能力,保证系统安全、可靠、平稳运行。

(4)可维护性。系统软、硬件调试维修方便、平均维修时间MTTR≤0.5 h。操作管理简便,监控管理通过图形化的管理界面和简洁的操作方式,直观、便捷、高效。

3 系统设计

3.1 闸门监控系统

针对该闸站规模,闸门监控系统拟采用星状光纤网,将自动化控制系统的网络拓扑结构分为2层。闸门监控系统结构见图1。

图1 闸门监控系统结构图

按控制层次由监控中心调度层和现地控制单元层组成。现地控制单元层控制的优先级最高,监控中心调度层控制的优先级最低,且具有互锁功能。

3.1.1 监控中心调度层

监控中心调度层由监控主机、图像主机、安防主机以及网络交换机等组成。负责水闸、堤坝内重要设备的监测、控制与监视。同时通过宽带连接上级主管单位。利用监控中心调度层完成堤防、水闸自动化监控和信息管理、数据分析等多种功能。

3.1.2 现地控制单元层

现地控制单元层由传感器、PLC、光端机等多种智能化设备组成。能自动收集有关信息,执行相关程序,并作相应处理,可以接受监控中心调度层的指令等。系统采集水闸内10 kV配电系统、内河水位、外江水位、闸门闸位等信息并能远程控制闸门运行。各水闸设置 1套 LCU,共计4套。

3.2 视频监视系统

视频监视系统主要用于监视重要区域和设备的情况及远程图像监视,对工程现场状况进行定期巡视,监视火警及安全保卫。系统能对监视场景进行录像,便于事故分析,并可通过局域网、互联网将图像信息传输至上级管理机构,为水闸、堤防的运行控制提供图像依据。图像监视点布置在各水闸的启闭机房、配电房,设置红外定焦摄像机,共8个;在堤坝上每隔500 m设置1个一体化高速球型摄像机,共19个。视频监视系统结构见图2。

系统内部通讯通过RS485实现。系统共安装2种不同规格的摄像机,其采集的视频信号经通信设备传输至中心控制室,控制系统以数字硬盘录像机为主控设备,其中硬盘录像机主要完成图像信息存储、录像、显示及视频上传等功能。同时视频监视系统与安防报警系统联动,当有人进入启闭机房和配电房时自动调取相应监视点,对该监视点进行监视,实时、准确保证整个水闸和堤防的安全。

图2 视频监视系统结构图

3.3 安防报警系统

安防报警系统主要对工程中重要区域非法入侵、盗窃、破坏和抢劫等行为进行实时有效地探测与报警,具有防破坏报警的功能。能显示和记录报警部位及有关警情数据,并提供与其它子系统联动的控制接口信号。在各水闸的启闭机房、配电房各设置1对红外安防探测器,共8对。

3.4 公共广播系统

在堤坝上设置公共广播系统。当遇紧急事件时,通过公共广播系统及时提醒堤坝上的游人,确保游人人身安全。在堤坝上每隔100 m设置1个喇叭,共95个。

4 系统功能

系统功能包括监控和管理2部分。

4.1 监 控

4.1.1 实现对现象信息的实时采集和传输

(1)水闸内电气量的采集以交流采样方式实现;

(2)水闸闸门开度的采集;

(3)水闸上下游水位的采集;

(4)启闭机的开关量信号采集;

(5)水闸、堤防视频图像的实时采集;

(6)水闸安防监测点、报警开关状态的实时采集。

4.1.2 控 制

(1)远程闸门自动控制。控制室操作员利用工作站的人—机接口设备控制,由调度管理中心自动化监控系统通过对采集数据的判断和分析,按预先给定的条件通过LCU实现对水闸的集中控制和调节;

(2)现地闸门自动控制。运行人员利用LCU上的人机接口设备,通过触摸屏按预先给定的条件实现对水闸自动控制和调节;

(3)现地闸门手动控制。运行人员通过现地LCU面板上的按钮操作开关实现对水闸的控制和调节;

(4)有人接近室外视频装置时,能自动启动远程对讲装置,值班人员可以对现场喊话;

(5)各科室在授权范围内可以对视频监视系统摄像机工作方式进行控制操作;

(6)有人接近安防监测点时,自动拉响警报,并自动启动远程对讲装置,值班人员可以对现场喊话。

4.1.3 防盗报警

(1)报警控制。主机监测到报警信号时,主机声光报警,PC机显示报警区域、地图及报警位置;

(2)发生非法侵入事件时,现场音响报警,监控中心DV及屏幕显示现场图像,并自动录像。

4.2 管 理

信息的自动记录、查询,并实现Web发布,由静态页面和动态页面组成。静态页面是一些不变的信息,如工程概况、建筑物布置图、系统结构图等;动态页面是把服务器中存放的数据按照业务逻辑组织,以数据表格、图形的方式显示,具有实时、直观的效果。对视频系统定时、自动报警、录像、回放,灵活地设置、撤消。

5 结 语

系统采用当前先进的技术手段,以局域网为通讯枢纽,闸门计算机监控、重要区域及设备的安防、图像监视系统及公共广播系统于一体的自动化控制系统。具有功能综合化、结构分布化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化的特点。从技术手段上提高了水闸、堤防的管理工作效率、质量、效益和安全水平。