電氣、視頻、廣播系統聯動應用

馮世全

（中水三立數據技術股份有限公司，安徽 合肥 230000）

船閘工程電氣項目包括照明系統、控制系統、視頻系統、通信廣播系統以及收費系統幾個部分。若能夠將這幾個獨立的系統進行融合，多系統間能夠聯動操作，將能提高整個系統的智能化、船只過閘效率、船閘日常管理效率以及降低生產成本。

1 各個分系統的架構和工作模式

船閘工程電氣項目主要實現的是控制系統、視頻系統、網絡廣播系統的一體化聯動。

1.1 控制系統架構說明

船閘電氣控制系統采用計算機集散控制結構，上位機由船閘監控中心的監控主機、數據庫服務器、打印機等共同組成，實現對船閘的集中控制、數據管理、統計報表及打印功能等，下位機則為由2套Scheider的PLC分別實現現地對上、下閘首閘、閥門等機械設備的現地控制，每套PLC系統由1個主站和1個遠程站組成，兩者之間通過專用電纜相連。另外在船閘上、下閘首機房設有用于現地分散控制操作的現地監控主機和現地操作臺。

其控制管理模式船閘控制管理模式結構分為3個層次：現地設備層、現地分散控制層、集中控制層。

（1）現地設備層。為船閘上、下閘首機房室內、外的機電設備。主要包括電動機、液壓泵站、水位計、閘/閥門開度儀、限位開關、交通信號燈以及室外照明燈具等設備。

（2）現地分散控制層。為船閘上、下閘首機房內的控制及顯示設備。主要包括PLC及遠程RIO、現地控制操作臺、現地監控主機、電機控制柜等。現地控制層平時主要實現船閘閘首機房監控設備的調試、維護等功能，當船閘監控中心設備或控制系統網絡發生故障時，用于現地分散控制操作閘、閥門，確保船閘運行安全暢通。

（3）集中控制層。由船閘監控中心監控主機、數據庫服務器及打印機等組成，實現船閘的集中控制、協調管理。同時對船閘的運行情況、控制操作情況及故障情況進行數據管理，形成日、月、年報表。

1.2 視頻系統架構

視頻監控系統采用全網絡數字攝像機，重點監控區域為船閘收費、登記及調度人員的工作過程，監視收費大廳、票房、監控中心及閘首機房室內、外附近區域人員活動狀況，監視各閘首閘門及機械設備運行情況，船閘靠船墩船舶停靠情況以及公用引航道船舶通航情況。

閘首機房、配電房等處攝像機經過以太網交換機將數字視頻、音頻信號及控制信號轉換為光信號后，通過單模光纖傳輸到船閘監控中心機房，遠調度站攝像機信號經交換機匯聚后，通過光纖收發器及通信光纜傳輸至監控中心；監控中心攝像機通過網線將信號直接傳輸到以太網交換機。監控中心設置視頻工作站，并安裝視頻管理軟件，實現所有視頻的控制、查看及管理。數字視頻圖像同時高清視頻解碼器解碼后送至視頻監視屏幕墻的智能多屏拼接控制器，并通過圖形管理計算機（安裝大屏管理軟件）實現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用現場圖像，實現對船閘控制、船閘收費、調度區域的實時監督和管理。

1.3 網絡廣播架構

船閘廣播系統選用了網絡廣播設備，全套設備的音頻傳輸從話筒到廣播主機到現地功放均為數字信號，廣播系統分為3個區域，上下游引航道及閘室，在船閘上、下游控制室及監控中心均可對3個區域分別進行廣播。廣播系統嚴格來說不是一個獨立的系統，主要是服務于視頻系統和控制系統，配合操作人員進行船舶調度操作。由廣播架構可以看出，廣播系統通過網絡連接必須和控制系統實現聯動。

2 控制系統和視頻系統廣播系統聯動設計

2.1 多系統聯動工作模式

視頻系統和控制系統均需要集中監控和綜合管理，并且這二者是船閘操作運調人員日常工作的關鍵，所以視頻系統和控制系統的聯動就尤為重要。二者分開來看，船閘的控制系統配備了核心PLC控制器和上位機集中控制程序，現地各機電設備都配置了控制單元和信號反饋單元，整個控制系統是一個完整的閉環控制架構，控制系統可以閉環的控制電氣設備，卻沒有辦法對船舶進行通信和控制，操作人員可以控制閘門閥門的開啟，卻無法控制船只，而通過視頻系統、廣播系統，控制系統和視頻廣播系統最終是通過操作人員匯集到船閘的集中管理，中間環節較多，效率不高。多系統的聯動是為了更好地服務于船閘運行，提高船只的過閘效率，提高船閘的管理集中化，并減少工作人員的工作量。

2.2 多系統聯動的設計

如何將控制系統的要求傳遞給視頻系統，又如何將視頻系統捕捉的信號發送給控制系統，形成上圖的聯動模式，這是數據通信的問題，也是多系統聯動的核心。

視頻系統和控制系統的聯動，初步的聯動要求為控制系統控制閘閥門運行的同時要發送指令給視頻系統，視頻系統接受指令后，選擇針對當前監控控制系統控制對象的攝像機，將監控的實時畫面推送到操作人員的顯示器上，同時控制系統提示操作人員注意觀察監控畫面。以打開閘門為例，門體在啟閉時操作人員必須通過4個攝像機360度全方位的觀測門體的運行。在門開到位后，船舶出閘，閘門的攝像機又要轉向觀測閘口內外的船舶運行，操作人員要調度引航道停泊的船只進閘。通過系統聯動，可以做到閘門在關終狀態下，閘口4處攝像機視角拍攝閘室和引航道的船舶，在閘門運行的時刻，4處攝像機自動調整角度對準運行中的閘門，并將閘門運行畫面在監控界面上主動彈出，此刻廣播系統自動播放閘門運行語音，提示操作人員閘門在運行時注意觀察監控畫面，提示閘內船舶做好出閘準備。

控制系統和視頻系統的通信選用硬接線方式讓PLC和視頻系統進行數據交換，廣播系統自帶廣播控制軟件，PLC和廣播主機進行以太網通信數據交換。

現地以PLC為核心，通過硬接線和前端攝像機通信，給攝像機下達控制命令，并通過控制網絡和廣播主機進行通信，將閘閥門運行狀態傳輸給網絡廣播主機。攝像機的監控畫面上傳到視頻服務器后，上位機和視頻服務器進行通信將實時的畫面采集過來，在監控主界面上顯示，同時結合船閘運行動態，將語音傳遞給廣播主機，由主機自動判斷播放區域并進行播放。如此3個獨立的系統經過互相的通信設計，已經形成一個集成的閉環控制網絡，現地以PLC為控制核心，攝像機和廣播主機配合。在后臺，以上位控制主機為集中控制核心，視頻服務器和廣播主機配合進行全方面的控制。至此多系統聯動已經實現，在船閘此套系統已經穩定運行，這套系統減少了閘首機房操作人員的工作量，用自動控制系統替代了人工的控制。視頻系統、控制系統、廣播系統在上位控制界面上合二為一，操作人員只需要點擊控制按鈕，不需要對視頻和廣播進行操作，并且控制系統的糾錯判斷會自動提示操作人員正確的操作以及防止誤動作。

3 多系統聯動的未來趨勢

船閘的電氣系統經歷了人工手動控制階段、繼電器控制階段到現在的PLC自動控制，視頻系統也是從模擬視頻到普通數字視頻又到現在高清數字視頻系統，廣播系統更是如此，先是現地人工廣播，到后來的分區模擬信號廣播，到現在的網絡廣播，隨著技術的發展，設備的更新換代，船閘的各個系統一直在發展和更新之中。隨著物聯網的發展，多系統的融合就是船閘物聯網的一個開始，基于物聯網的發展思路，結合船閘的控制、管理模式，多系統的融合還將不斷發展，目前僅僅是視頻系統、控制系統和廣播系統一個基本的互連、互通、互控，未來必將更加深度的發展，形成集成的統一管理平臺，將控制、視頻、廣播、收費、調度、包括ETC系統，BIM、三維、GIS地圖都將納入到集中管理平臺中，實現船閘的物聯網，成為智慧航道的一個亮點。