自動化監控系統在朱家站水閘中的應用

羅小巧, 呂建紅,高小婭

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

1 工程概述

朱家站水閘除險加固工程為浙江省重點水利工程，也是溫州市防洪減災重點工程之一。朱家站水閘位于蒼南縣，水閘于2012 年7 月底正式動工建設，設計規模為大（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，設計流量1 066 m3/s，為抵御50 a 一遇排洪標準，造價1.474 億元。工程自動化監控改造系統包括閘門監控、圖像監視、公共廣播及安防報警等系統。

2 系統設計

系統綜合采用自動控制、計算機網絡、數據庫、工程監測等多種技術，建成一個基于局域網的水閘自動監控系統。軟件開發注重開放性、可擴展性，為今后工程運行調度所需的其他各類系統預留接口。

3 系統結構

系統主要包括閘門監控、圖像監視、公共廣播及安防報警系統[1]。閘門監控主要對5 孔水閘液壓啟閉機等設備進行計算機監控；圖像監視主要對水閘管道間、閘門、管理區等重要設備進行監視，并實現工程管理范圍內的安防監控；公共廣播可以通過話筒對水閘上下游船只以及人員進行調度，確保水閘安全、高效、可靠地運轉。各子系統通過局域網有機整合在一起，形成一個能夠實現信息共享、協同工作的綜合自動化管理平臺。系統采用數據庫技術集中處理信息，結合Web 技術，開發基于B/S/D 架構的水閘工程綜合信息處理和發布系統，能夠為各類用戶提供水閘工程各個子系統的實時信息。系統拓撲結構見圖1。

圖1 朱家站水閘自動化監控改造系統結構圖

3.1 閘門監控系統

針對水閘規模，閘門監控系統擬采用分層分布的開放式結構[2]，按控制層次分為遠程自動控制、現地自動控制和現地手動控制3 層結構（見圖2）。

圖2 閘門監控系統結構圖

主控計算機通過工業以太網與現地控制單元（LCU）相連，與圖像監視系統一起構成完整的工程計算機監控網絡。水閘自動化監控系統提供標準網絡接口與其他系統相接。

閘門監控系統的3 層控制結構中，現地手動控制優先級最高，其次為現地自動控制，最低為遠程自動控制，三者具有互鎖功能。

現地手動控制層由常規電氣控制元件組成，通過手動按鈕操作繼電器、接觸器等設備器件，每孔水閘的手動控制設備設置在現地電器控制柜。

現地自動控制層由PLC、觸摸屏等自動化控制設備組成，通過硬線連接采集現地手動控制層的信號，并輸出控制信號。觸摸屏和PLC 之間采用MPⅠ協議通訊，輸出的PLC 信號顯示在觸摸屏上，并向PLC 發送控制命令。

遠程自動控制層包括1 套主控計算機、2 套工程師工作站和1 套移動工作站。該層通過工業以太網和現地控制層交換數據并發送控制命令，同時計算機通過以太網連接到閘區管理大樓局域網，在遠程自動控制層實現閘區自動化監控和信息管理、數據分析等多種功能。工程師工作站和移動工作站可以通過局域網連接主控計算機，實時監視系統運行狀態。

3.2 圖像監視系統

3.2.1 系統任務

圖像監視系統主要用于工程中重要區域和設備的遠程圖像監視，對工程現場狀況進行定期巡視，監視火警及安全保衛。系統對監視場景進行錄像，以便于事故分析，并可通過局域網、互聯網將圖像信息傳輸至上級管理機構，為水閘的運行控制提供圖像依據。

本系統共設15 個圖像監視點，其中13 個固定圖像監視點、1 個移動圖像監視點、1 個移動圖片采集點，對閘站重點部位進行實時有效的視頻探測、視頻監視、圖像顯示、記錄與回放。監視點設置見表1。

表1 監視點設置表

續表1

3.2. 2 系統結構

圖像監視系統由前端圖像信息采集設備和后端控制與錄像顯示設備2 部分組成，主要包括前端攝像及控制設備、圖像傳輸網絡、圖像傳輸設備、硬盤錄像機等，采用現場模擬信號方案。系統共安裝3 種技術性能配置與外觀形式不同的攝像機、1 臺移動圖像采集器和1 臺移動圖片采集器，以滿足不同監視點的監視需求。其采集的視頻信號經通信設備傳輸至中心控制室的視頻服務器，視頻服務器主要完成圖像信息的存儲錄像和數據遠傳工作。中心控制室的操作人員判斷所見信息并進行相應操作，完成調用、切換、控制前端圖像以及選擇性地對監視信號進行錄像等工作。

3.3 公共廣播系統

公共廣播系統包括廣播主機、輸入設備、輸出設備等。實現中控室管理人員對閘門上下游船只及人員的調度，確保水閘安全、高效、可靠運轉。公共廣播主機具有分區切換功能，可以及時有效地對上下游廣播進行切換，方便調度。

3.4 安防報警系統

安防報警系統包括探測器、報警主機、報警裝置等。安防報警系統主要對工程中重要區域發生非法入侵、盜竊、破壞和搶劫等情況進行實時有效的探測與報警。系統具有防破壞報警功能，能顯示和記錄報警部位及相關警情數據，并提供與其他子系統聯動的控制接口信號。利用被動紅外入侵探測器對非法進入或試圖非法進入設防區域的行為發出報警信號，經報警主機處理報警信息后由聲光顯示設備實現報警功能。本系統設置6 個入侵布防點，采用總線制，便于集中控制與管理。

4 結 語

實踐證明，朱家站水閘自動監控系統的建設以及在提高資源共享和數據利用、保證供水穩定和水域安全方面具有推廣價值。