闸控视频监视技术实现

1、闸控、视频监视技术实现 1.1.1.1闸门监控子系统 灌区水量调度是通过闸口分水实现的，有必要对灌区配水的重要闸口实施远 程控制，具体体现灌区水量调度方案的执行，确保灌区节水治理II标的实现。 闸门的远程控制在国内外都有成功的案例，如国内的南水北调丄程、长江、 黄河上的调水工程、甘肃的景电匸程、苏勒河联合调度工程、石羊河流域水资源 调度管理信息系统L：程、许多大型灌区信息化系统工程等均实现了闸门的远程控 制，技术成熟，效果良好。 闸门监控系统数据传输流向如图8-llo 图8-11闸门监控系统数据传输流向图。 1.1.1. 1. 1功能与性能 1.1.1. 1. 1. 1 系统功能 (1) 管理

2、局信息中心 1) 远程闸门控制 现场监控柜的控制开关置于远程控制的位置时，现场手动按钮和触摸屏均失 去控制能力，控制权限转移到远方的管理局信息中心的监控软件上了。此时管理 局的监控计算机运行闸门远程监控软件和现场的主控制器PLC通过TCP/IP网络 连接通信，PLC将现场采集的信息和数据发送给监控软件，监控软件则将操作人 员的控制命令下达给PLC,确定正确无误后方执行指令。在管理局监控系统获得 控制权限后，汁算机操作员通过监控软件界面上下达对此闸控柜的某台启闭机的 启闭操作命令的时候，控制命令通过网络发送到现场的PLC, PLC内部事先安装 有编制好的配套监控程序，此程序接收到控制指令后经过一

3、系列判断和校验，再 解析为相应的命令控制启闭电机，从而实现闸门启闭。远程控制功能就实现了。 具体实现方法可以在监控计算机软件界面上直接点击鼠标按下按钮，命令现场闸 门的升降停，也可以预置闸门开度，下达命令后现场控制器自动将闸门调节到这 16 个开度。 2）远程数据采集、处理、应用、管理 在局域网中，管理局被设置为信息中心，实时收集所有闸控站的数据，包括 闸门开度、闸门状态等。 采集的数据就在管理局服务器上的闸门监控数据库内存储，在监控计算机上 可以显示、查询、修改、统计、报表、绘图、打印输出。 3）报警处理及系统管理 数据越限报警并记录，用户建立、权限设置、密码设置、登录退出、操作记 录，所有

4、记录的查询、显示。 4）在信息中心电视墙上显示组态软件闸控站的工作状态、基础数据。 （2）现场闸控站 1）实现现场手动、现场自动 现场手动：指在闸门所在现场的闸室内放置有闸门监控柜，监控柜设置有闸 门控制用的升降停按钮和控制权限切换开关，在现场具备开机条件下，将控制开 关切换到现地控制（2档型）或现场手动（3档型），按下升降停按钮可以使控制 回路动作，从而使闸门做相应的运动。 现场自动：在现场闸门监控柜上还设置有触摸屏。触摸屏除了能够显示闸门 信息外，还可以通过触摸屏幕按钮接收信息。在控制开关切换到现地控制（2档 型）或现场自动（3档型）时，触摸屏具有控制权限，可以利用触摸屏上的人机 界面和内

5、部运行的控制软件通过通信发送指令给主控制器一PLC, PLC再通过二 次回路控制闸门启闭电动机的停止和正反转，从而实现闸门控制。 2）接受远程控制 二级监控权限不同，一般情况下为了业务方便设定现场级最高，信息中心次 之。现场有现地、远程控制权限切换功能。当现场授权与远程的时候，中心获得 控制权限，可以远程控制闸门的升降停。此时，信息中心可以使用监控计算机运 行的闸门监控软件远程控制现场闸门。各级基本控制功能相同，均可以升降停闸 门，不同之处在于： 远程可以预先设定闸位值，发出命令后现地控制设备控制闸门的升降运 动，并随时监控闸位，一旦监测到闸门到达指定开启高度立即停止。现场主要采 16 取人工

6、手动操作方式，闸门运行情况黑人工观测，以保证设备安全； 远程控制涉及到通信安全问题。在远程监控级获得控制权限后，现场控制 器实时监视与远程监控主机的通信。一旦远程控制主机与现场控制器通信中断或 失效后，远程监控主机发送的控制命令将被立即复位而停止执行，闸门停止运动, 以确保安全。 3）急停控制 无论在现场还是远程控制，一旦发生险情，需要立即停止闸门运动的时候， 现场控制柜上设置了急停按钮，可以在紧急情况下快速按动而切断控制回路电源 其至是主回路电源，以停闸、停电，确保安全。在远程也设置急停功能按钮，不 需要上级授权，不可屏蔽，长期有效。 4）具有运行状态判别，故障多重保护和报警功能 闸门在运行

7、过程中，运行状态和信息被实时监控，并被作为闸门运行动作的 前提判断条件，防止发生错误动作无法调节，更重要的是防止损坏设备。而当监 测到各种信息逻辑不协调，互相矛盾的时候，则立即停机报警，等待检修。报警 除了在现场声光报警和显示屏提示外，还发送到管理局的监控计算机上，在监控 软件界面上显示报警并记录报警数据和信息。 5）实时采集信息 闸门开度、闸门状态、启闭机状态、闸门位移越限开关状态、电机运行参数 等各类实时参数与状态信号： 现场闸位讣、限位开关等传感器和PLC共同监测闸门、电机运行等状态和参 数，所有的数据和状态均在PLC内部集中和转换。 6）数据通信 现场闸控站和管理局依黑局域网进行数据传

8、输。传输的数据包括实时采集数 据、控制命令数据、故障报警数据等，以供存储使用。 1.1.1.1.1.2 系统性能 （1）数据采集周期：10s （2）数据采集延迟：2s （3）数据远程读取延迟：2s （4）闸位计分辨率：lcm 16 (5) PLC 扫描速度：0. 5ms/k (6) 网络传输速率：$ 100Mbps (7) 系统 MTBF： $25000 小时 (8) 通信误码率：W10 10 (9) 防护等级：IP65 (10) 野外设备工作温度-5C45C,相对湿度不大于90%无凝结。 1.1.1. 1. 2框架结构 闸门监控与网络连接起来，基本的闸控纵向结构如图8-12o 图8-12闸门

9、监控逻辑图 16 闸门监控：系统釆用二级控制结构，即信息中心站远程监控级、现场监控级。 信息中心站采用安装了监控应用软件的讣算机监控，现场采用监控单元监控。 闸门开度监测：用闸位计监测1处闸门开度。 闸门监控站山现场设备和远程控制端设备组成。现场主要设备包括监控单 元、闸位传感器、水位传感器、以太网网络模块和供电单元；远程控制端设备组 成包括数据库服务器和安装了闸门监控应用软件的监控计算机。 监控系统数据流程图见图8-13。 监控 计算 1 信息中心数据库 服务器 /监控点/ j i；! 现场监控端；: 远程监控端 图873监控系统数据流程图 闸门监控子系统的数据写入到综合数据库后，在灌区事务

10、管理及公共服务系 统上进行发布，灌区地理信息管理系统从数据库中提取闸门监控里的相关基础空 间数据变成可直观的图。用户可在灌区事务管理及公共服务系统、灌区地理信息 管理系统上查询数据、图及属性等数据。 闸门监控子系统软件结构如图8-14o 16 图8-14闸门监控子系统软件结构 1.1.1. 1. 3技术实现 1.1.1. 1. 3. 1 技术方案 （1）监控单元 PLC硬件上集成了电源电路，加强了抗干扰措施，适合工业环境使用。同时 PLC系统与通用计算机直接、通信转换单元构成网络，实现信息的交换，并构成 “集中管理、分散控制”多级分布式控制系统，满足工业控制系统的需要。因此 本系统采用以PLC

11、为控制核心。控制柜体内强电部分和弱电信号部分分开布局布 线。 （2）通信方式选择 通信方式分无线通信和有线通信。 闸门监控站布置在分水闸，闸门工作站布置在电站，闸控站和工作站之间通 过光纤通讯。 （3）供电方式选择 本期工程的闸控站现场都有交流电，采用交流电供电。 （4）监测站技术方案 以PLC为监控核心单元，闸门开度仪釆集闸门开度信号，釆用以太网通信与 16 分中心通信对闸门进行远程控制，利用交流电源供电。 L 1-1.1. 3. 2监控站现场连接方式 监控站现场连接方式逻辑图如图8-15o 交换机 至管理局信息中心 PLC （以太网通 信模块） 划 限位开关 图8-15监控站现场连接方式逻

12、辑图 1.1.1. 1. 3. 3 控制方式 （1） 控制方式 闸门控制方式分为三类： 1）计算机自动控制。汁算机按照闸门操作规程或管理人员的调度指令或水 库运行调度方案控制闸门的运行，这是主要的运行方式。 2）在现场现地控制。现场控制表示闸门由现场控制柜面板上的升降停按钮 控制。一般情况下闸门为静止状态，在需要闸上升或下降时可以将现场遥控旋钮 旋到“现场”位置，然后按下上升按钮使闸门上升，或按下降按钮使闸门下降， 也可以中途按下停止按钮使闸门停止运动。闸门在运动过程中，相应的指示灯会 亮，同时文本显示屏实时显示闸门的开度。 3）手摇控制。手摇控制表示启闭机只能用现场手摇的方式控制，相对其他

13、两种控制模式而言相当于停止对启闭机控制，所以乂称停止控制。 16 （2） 优先级控制 闸门控制分三级控制，最高级为现地控制，第二级是分中心信息节点远程控 制，第三级是相应中心站远程监控级。中心站的控制权限山分中心信息节点给予。 优先级控制如图8-16所示。 图8-16优先级控制图 中心站远程控制的权限由分中心决定并给予，方式为：中心站先发命令给分 中心，向分中心请求对闸控站的远程控制，分中心给予控制权限后，中心站才能 对闸门进行远程控制。 L 1.1.1. 3. 4 通信方式 现场闸控站与中心之间通过GPRS无线方式进行通信，分中心与管理局中心 站之间采用VP方式进行通信，实现中心站对现场闸控

14、站的远程控制。 图8-17闸控站通信结构 16 1.1.1. 1. 3. 5现地监控站控制 图8-18闸门监控柜逻辑结构 现地监控站具有DI、DO、控制和通信功能。 (1) 采集数据 通过闸位计采集闸门开度； 通过接触器辅助触点监测电动机运行状态； 通过限位开关监测闸门限位状态； 监测电机热保护状态。 (2) 控制 通过DO输出量控制二次回路的接触器切换形成电机正反转，从而实现闸门 启闭。 (3) 显示和报警 控制屏上有指示灯和触摸屏可以现场指示和详细显示现场采集到的状态和 数据。 16 通信 现场PLC配置TCP/IP通信网络模块，通过网络模块和通讯装置连接，通过 GPRS无线方式上传到中心

15、。 (5) 实现设计 闸房内配置有闸门现地控制柜，控制柜为闸门启闭机的电动机提供电源，并 控制其正反转；监测闸门开度和电机运行状态，并能够显示参数和接收远程命令。 在控制柜中有一次和二次控制回路，受控于控制柜面板按钮，同时受控于 PLC的输出节点。通过控制开关切换现地控制和远程控制权限。 PLC的硬件上集成了电源电路，加强了抗干扰措施，适合工业环境使用。同 时PLC系统与通用i|算机直接、通信转换单元构成网络，实现信息的交换，并构 成“集中管理、分散控制”多级分布式控制系统，满足工业控制系统的需要。控 制柜体内强电部分和弱电信号部分分开布局布线。 现场闸门控制中闸位传感器采用机械编码式，PLC

16、配置以太网网络模块，其 它设备和元器件均采用质量性能好，售服到位的品牌产品。 现场闸门控制设备中一次、二次回路负责为闸门启闭机提供正反转电源，这 项技术已经非常稳定成熟和普及，普通的控制设备就可以实现。本方案中闸控关 键是能够采集现场数据和状态信息并将其传输到远方，同时接收远方的控制命 令。承担信息采集和传输任务的设备就是PLC。 1.1.1. 1. 3. 6 管理局远程控制 管理局是所有系统的汇总中心，因此闸门监控的现场数据要汇入管理局中心 站。其逻辑结构与分中心管理站相同，仅仅是数据规模和监控优先级不同。 现场监控柜的控制开关置于远程控制的位置时，现场手动按钮和触摸屏均失 去控制能力，控制

17、权限转移到远方的分中心或管理局的监控系统上。如果分中心 和管理局的监控计算机运行闸门远程监控软件协商好，并和现场的主控制器PLC 通过TCP/IP网络连接通信，监控软件则将操作人员的控制命令下达给PLC, PLC 内部事先安装有编制好的配套监控程序，此程序接收到控制指令后经过一系列判 断和校验，确定正确无误后方执行指令。 现场监控柜的控制开关置于远程控制的位置时，现场手动按钮和触摸屏均失 16 去控制能力，控制权限转移到远方的分中心或管理局的监控系统上。 1.1.1.1. 3. 7 监控软件设计 （1）开发工具 监控软件采用“组态王”工控组态软件。 （2）应用软件功能 1）系统管理 用户登录：

18、登录用户菜单项是新用户为获得操作权，向系统进行登录。 退出登陆：用户完成操作后，如想交出操作权，可执行此项菜单命令。 用户管理：用户在运行时增加、删除用户，修改用户权限（系统按用户组 来分配操作权限，划分为操作员组、管理员组。操作员组的成员一般只能进行简 单的日常操作；管理员组负责工艺参数等功能的设置，并对重要的数据进行统计 分析，管理员还可分配或收回指定操作人员对指定闸门的操作权限，限制操作人 员对操作记录的修改）。 修改密码：修改登陆用户自己原来设定的操作密码。 退出系统。 2）主控窗口 分站、闸控站地理位置分布图，各站点旁显示水位、闸位实时数据，鼠标 可点击选择进入各闸控站具体控制窗口。

19、 闸控站闸位数据、电源信息、闸门上下限、控制方式、通讯状态等状态集 中实时显示。 各闸控站具体控制窗口，山鼠标点击选择打开和关闭，包括闸门运动动画 模拟显示、通讯状态指示、闸门上限、下限、电源指示。 3）数据管理 数据查询：查询水位、闸位历史数据。 操作记录：记录操作人员对各闸控站闸门的操作命令，包括操作时间、操 作人员、及具体动作命令，也可记录现场操作人员对闸门的操作情况，包括闸门 动作、操作时间。 报警记录：记录闸门超限、通讯故障、闸门故障等报警信息。 16 1.1.1. 1. 3. 8 闸控站防雷 闸控站防雷在建设站房时应按照建筑物防雷标准建设防雷系统。山于灌区一 般面积很广，电力系统网

20、络范围也很广，有遭受雷击的可能性，加上农村电网防 雷措施常常不是很到位，因此需要从电源部分增强防雷措施。闸控站相应的需要 建设防雷系统。主要的建设任务是每处闸控站均建设防雷地网，并配置电源防雷 器一套。 在距站房墙基周围约3m内的地方挖深度不浅于1. 5米的壕沟。铺设规格位 40X4的镀锌扁铁，根据现场实际惜况及周边环境形成“一字形”或“四边形” 或“三角形”等形状，节点焊接牢固，再用镀锌角钢砸入地底，从地网向下深度 不浅于1.5米，使得接地电阻小于4欧姆。 1.1.1. 2视频监视子系统 由于视频点是在闸门点的基础上选点进行监视，因此，现场无任何监视设备。 本次工程是给视频监视点配置嵌入式D

21、VR、摄像机、防雷设备等。 视频监视系统的建设主要是为了加强远程控制运行安全。因此视频监视主要 是针对闸门、启闭比较频繁、对下游调水和安全起重要作用的闸门。 定时拍照点事在水雨情遥测站点的基础上选点监视，因此，现场同水雨情遥 测站点，基本无任何设备，本次工程在水雨情遥测站点的基础上增加一台半球摄 像机，通过水雨情系统的遥测终端机及通信装置，定时利用TD-SCDMA信号发送 到信息中心。 视频监视点的视频图像的传输流向如图8-19。 GPRS 1.1.1. 2.1功能与性能 1.1. 1. 2.1.1 系统功能 系统山前端摄象机及辅助设备.通讯设备、视频工作端组成。 系统结构见图8-20o 16

22、 摄像机 信息分中心 本地显示 嵌入式DVS 传输网 视频服务器 工作站- 工作站- 监视讣算机 1 言息中心 图8-20视频监视系统结构 (1) 视频监视 现场摄像头对外界图象光电转换后按一定规则处理信号，该信号即为标准的 视频信号，可以发送到电视机等监视器上解码恢复成图象，达到视频监视口地。 (2) 远程监视 局域网上的某台注意可以连接到同一网络上的视频服务器或硬盘录像机，视 频图象数据经过编码压缩后传输到这台主机，在本机上通过一定的软件(可用 Microsoft IE浏览器)将图象视频数据流解码、组装、恢复成视频画面，在本 地监视器上显示出来。 视频图像能在信息中心大电视墙上显示。 (3

23、) 远程控制 在远程监视主机或是监视工作站上可以通过网络控制摄像机，进行拍照。 (4) 参数设置 可以设置画面大小、压缩码率、通信参数、用户参数、报警参数、录像方式、 录像时间等。 1.1.1. 2.1. 2 系统主要性能 视频监视系统需要满足视频监视需求，必须达到一定的技术指标，以保证系 统的可靠性、稳定性、实时性。 (1) 图象压缩编码H. 264方式； (2) 图象远程实施传输，带宽512K/S； (3) 画面达到2048X1536像素； (5) 监视测点工作状态； 16 （6）监视水位； （7）在中心管理所（站）监视设备上监视现场的图像； （8）视频图像循环存储，图象存储时间不低于1周

24、； （9）用户根据权限对监视点进行监视、控制； （10）图像格式为CIF,传输速率不少于25帧/秒； （11）多路图像可同时分屏多画面显示、单独满屏显示或主次图像分屏多画 面显示； （12）系统MTBFM20000H； （13）系统MTTRW72小时； （14）通信误码率W1（T。； （15）工作环境温度一5C+ 50C,湿度W90%无凝结； （16）防护等级IP65； 1.1.1. 2. 2框架结构 本系统III前端摄象机及辅助设备、视频处理设备、传输网络设备监视匚作站、 信息中心视频服务器组成。 系统信息流程如图8-2 lo 图8-21系统信息流程图 1.1.1. 2. 3技术实现 视频监视系统主要包含视频前端、网络传输、客户端等儿个主要部分。视频 前端主要包括室外球机、防雷器等，通讯南庄镇；网络上的远