电气、视频、广播系统联动应用

冯世全

（中水三立数据技术股份有限公司，安徽 合肥 230000）

船闸工程电气项目包括照明系统、控制系统、视频系统、通信广播系统以及收费系统几个部分。若能够将这几个独立的系统进行融合，多系统间能够联动操作，将能提高整个系统的智能化、船只过闸效率、船闸日常管理效率以及降低生产成本。

1 各个分系统的架构和工作模式

船闸工程电气项目主要实现的是控制系统、视频系统、网络广播系统的一体化联动。

1.1 控制系统架构说明

船闸电气控制系统采用计算机集散控制结构，上位机由船闸监控中心的监控主机、数据库服务器、打印机等共同组成，实现对船闸的集中控制、数据管理、统计报表及打印功能等，下位机则为由2套Scheider的PLC分别实现现地对上、下闸首闸、阀门等机械设备的现地控制，每套PLC系统由1个主站和1个远程站组成，两者之间通过专用电缆相连。另外在船闸上、下闸首机房设有用于现地分散控制操作的现地监控主机和现地操作台。

其控制管理模式船闸控制管理模式结构分为3个层次：现地设备层、现地分散控制层、集中控制层。

（1）现地设备层。为船闸上、下闸首机房室内、外的机电设备。主要包括电动机、液压泵站、水位计、闸/阀门开度仪、限位开关、交通信号灯以及室外照明灯具等设备。

（2）现地分散控制层。为船闸上、下闸首机房内的控制及显示设备。主要包括PLC及远程RIO、现地控制操作台、现地监控主机、电机控制柜等。现地控制层平时主要实现船闸闸首机房监控设备的调试、维护等功能，当船闸监控中心设备或控制系统网络发生故障时，用于现地分散控制操作闸、阀门，确保船闸运行安全畅通。

（3）集中控制层。由船闸监控中心监控主机、数据库服务器及打印机等组成，实现船闸的集中控制、协调管理。同时对船闸的运行情况、控制操作情况及故障情况进行数据管理，形成日、月、年报表。

1.2 视频系统架构

视频监控系统采用全网络数字摄像机，重点监控区域为船闸收费、登记及调度人员的工作过程，监视收费大厅、票房、监控中心及闸首机房室内、外附近区域人员活动状况，监视各闸首闸门及机械设备运行情况，船闸靠船墩船舶停靠情况以及公用引航道船舶通航情况。

闸首机房、配电房等处摄像机经过以太网交换机将数字视频、音频信号及控制信号转换为光信号后，通过单模光纤传输到船闸监控中心机房，远调度站摄像机信号经交换机汇聚后，通过光纤收发器及通信光缆传输至监控中心；监控中心摄像机通过网线将信号直接传输到以太网交换机。监控中心设置视频工作站，并安装视频管理软件，实现所有视频的控制、查看及管理。数字视频图像同时高清视频解码器解码后送至视频监视屏幕墙的智能多屏拼接控制器，并通过图形管理计算机（安装大屏管理软件）实现在大屏幕电视墙上的显示及切换、控制。便于管理及操作人员任意切换和调用现场图像，实现对船闸控制、船闸收费、调度区域的实时监督和管理。

1.3 网络广播架构

船闸广播系统选用了网络广播设备，全套设备的音频传输从话筒到广播主机到现地功放均为数字信号，广播系统分为3个区域，上下游引航道及闸室，在船闸上、下游控制室及监控中心均可对3个区域分别进行广播。广播系统严格来说不是一个独立的系统，主要是服务于视频系统和控制系统，配合操作人员进行船舶调度操作。由广播架构可以看出，广播系统通过网络连接必须和控制系统实现联动。

2 控制系统和视频系统广播系统联动设计

2.1 多系统联动工作模式

视频系统和控制系统均需要集中监控和综合管理，并且这二者是船闸操作运调人员日常工作的关键，所以视频系统和控制系统的联动就尤为重要。二者分开来看，船闸的控制系统配备了核心PLC控制器和上位机集中控制程序，现地各机电设备都配置了控制单元和信号反馈单元，整个控制系统是一个完整的闭环控制架构，控制系统可以闭环的控制电气设备，却没有办法对船舶进行通信和控制，操作人员可以控制闸门阀门的开启，却无法控制船只，而通过视频系统、广播系统，控制系统和视频广播系统最终是通过操作人员汇集到船闸的集中管理，中间环节较多，效率不高。多系统的联动是为了更好地服务于船闸运行，提高船只的过闸效率，提高船闸的管理集中化，并减少工作人员的工作量。

2.2 多系统联动的设计

如何将控制系统的要求传递给视频系统，又如何将视频系统捕捉的信号发送给控制系统，形成上图的联动模式，这是数据通信的问题，也是多系统联动的核心。

视频系统和控制系统的联动，初步的联动要求为控制系统控制闸阀门运行的同时要发送指令给视频系统，视频系统接受指令后，选择针对当前监控控制系统控制对象的摄像机，将监控的实时画面推送到操作人员的显示器上，同时控制系统提示操作人员注意观察监控画面。以打开闸门为例，门体在启闭时操作人员必须通过4个摄像机360度全方位的观测门体的运行。在门开到位后，船舶出闸，闸门的摄像机又要转向观测闸口内外的船舶运行，操作人员要调度引航道停泊的船只进闸。通过系统联动，可以做到闸门在关终状态下，闸口4处摄像机视角拍摄闸室和引航道的船舶，在闸门运行的时刻，4处摄像机自动调整角度对准运行中的闸门，并将闸门运行画面在监控界面上主动弹出，此刻广播系统自动播放闸门运行语音，提示操作人员闸门在运行时注意观察监控画面，提示闸内船舶做好出闸准备。

控制系统和视频系统的通信选用硬接线方式让PLC和视频系统进行数据交换，广播系统自带广播控制软件，PLC和广播主机进行以太网通信数据交换。

现地以PLC为核心，通过硬接线和前端摄像机通信，给摄像机下达控制命令，并通过控制网络和广播主机进行通信，将闸阀门运行状态传输给网络广播主机。摄像机的监控画面上传到视频服务器后，上位机和视频服务器进行通信将实时的画面采集过来，在监控主界面上显示，同时结合船闸运行动态，将语音传递给广播主机，由主机自动判断播放区域并进行播放。如此3个独立的系统经过互相的通信设计，已经形成一个集成的闭环控制网络，现地以PLC为控制核心，摄像机和广播主机配合。在后台，以上位控制主机为集中控制核心，视频服务器和广播主机配合进行全方面的控制。至此多系统联动已经实现，在船闸此套系统已经稳定运行，这套系统减少了闸首机房操作人员的工作量，用自动控制系统替代了人工的控制。视频系统、控制系统、广播系统在上位控制界面上合二为一，操作人员只需要点击控制按钮，不需要对视频和广播进行操作，并且控制系统的纠错判断会自动提示操作人员正确的操作以及防止误动作。

3 多系统联动的未来趋势

船闸的电气系统经历了人工手动控制阶段、继电器控制阶段到现在的PLC自动控制，视频系统也是从模拟视频到普通数字视频又到现在高清数字视频系统，广播系统更是如此，先是现地人工广播，到后来的分区模拟信号广播，到现在的网络广播，随着技术的发展，设备的更新换代，船闸的各个系统一直在发展和更新之中。随着物联网的发展，多系统的融合就是船闸物联网的一个开始，基于物联网的发展思路，结合船闸的控制、管理模式，多系统的融合还将不断发展，目前仅仅是视频系统、控制系统和广播系统一个基本的互连、互通、互控，未来必将更加深度的发展，形成集成的统一管理平台，将控制、视频、广播、收费、调度、包括ETC系统，BIM、三维、GIS地图都将纳入到集中管理平台中，实现船闸的物联网，成为智慧航道的一个亮点。