闸门综合自动化系统建设方案

闸门综合自动化系统建设方案1建设目标以保障城市河湖补水、内湾与外海的水体交换、闸门现代化综合管理、高效办公自动化、高清晰视频监控等综合需求为出发点，充分利用物联感知技术、监视控制技术、通信技术、计算机网络技术、自动控制技术、GIS地理信息系统技术等，以区域闸门远程集控、水情实时监测、全景展示系统等业务应用为中心，构建涵盖信息采集、传输、处理、存储、管理等信息展现为一体的综合自动化系统，能够实现及时准确对闸门工作状态、内湾与外海水情、水质等信息进行监控，逐步达到“采集自动化、传输网络化、决策智能化、管控一体化”的目标。具体目标包括：（1）实时掌握水情水质情况、闸门工作状态，并实现四座闸门的远程集控，逐步实现“无人值守”或“少人值守”。（2）实现记录和统计设备的巡检情况，实时更新维修工单管理记录，并可上传设备故障图片留底方便查询，逐步提高设备管理效率和运行管理水平。（3）匹配友好的入口和操作控制界面，可展示闸门启闭仿真动画的可视化效果，并为其他数据的接入保留接口。2总体设计2.1系统架构系统架构依托基础硬件环境、软件环境、网络环境，结合基础数据、专题数据、业务数据等，通过现地采集、后台管理系统、移动端APP系统等实现信息查看、分析决策、数据管理等功能。系统架构分为物联感知层、数据资源层、应用系统层、用户接入层，以及标准规范及安全体系等。（1）物联感知层：利用现地测控、捕获和传递信息的设备和系统，实现对水位、闸门、视频等信息的“更透彻的现地测控”，并通过有线与无线网络传输方式实现实时采集信息的传输。（2）数据资源层：实现对系统所需数据进行统一存储管理，包括实时数据、基础数据、专题业务数据、空间数据库、标准库、模型库等。（3）应用系统层：为用户提供具体的业务服务，主要包括闸门远程集控、全景监控、设备管理、全景展示系统等。用户通过这些功能模块实现相关的查询、分析、决策等。（4）用户接入层：为各应用部门提供统一登录和信息服务的窗口。（5）标准规范及安全保障体系：通过采用信息化标准规范体系和安全保障体系来保证系统设计的规范性和统一性，并通过软硬件安全环境建设和系统登录权限控制实现安全认证和管理。2.2网络架构通信网络作为各项业务开展的基础网，主要为集控中心与现地各闸站之间的闸控、监测、视频等各种信息提供高速可靠的传输通道。闸门自动化监控以及水情监测数据通过现地LCU传送至集控中心，视频数据通过租用运营商VPN专线形式传输。水质监测数据，则采用4G网络的方式传输。2.3建设内容1、现地监测感知。包括四座闸门内港水位及外海潮位监测感知、水质监测感知以及闸门数据远传感知接入。2、应用系统建设：a）水位水质监测系统。实现实时监测内港水位及外海潮位、水质情况。并可依据调度原则，发出水位、水质预警信号。b）闸门远程控制系统。实现现地控制单元与集控中心的远程数据与指令的传输，对闸门启闭、开度状态进行监测，可实现闸门的远程控制，并具有可视化的动画仿真效果，实现无（少）人值守。c）视频监控系统。直观实时监视4个闸门重要场所及主要设备的运行状态和工作环境。d）设备管理系统。设备的巡检记录、维修记录、采购记录、工单记录等的查询统计管理。e）全景展示系统。作为水位监测、远程控制、视频监控系统、设备管理系统的入口界面，可展示、查询项目区的工程概况及实时水情工情，也可为后续信息化项目的接入预留接口。3、系统环境建设。必备的软件和资源配置，以及网络通信建设包括远传设备监测数据的网络传输、闸门控制数据远传方式等。4、集控中心建设。包括选址、机房、工作台席布置等。3建设方案3.1现地监测感知1、水位监测为了监测闸门内外水位的实时状况，检验工程设计的合理性以及指导闸门的启闭，在符合有效、可靠、牢固、方便及经济合理的原则下，本次对四座闸门的闸内水位及外海潮位进行监测。新增水位监测共计8处，并通过各闸控LCU屏将水位状况信号传送到集控中心。水位监测设备清单序号项目（设备）名称单位数量备注1遥测终端机台82水位计台83信号避雷器个164一体化立杆套85立杆基座个86防雷地网项82、水质监测为了监测海域及内河水质的实时状态，指导内河与外海的水循环以及对周边海域进行跟踪监测以评估项目实施效果。对湾内和外海进行水质监测。在外海和内河分别设置了水质监测项目。外海侧，堤防及海岸修复段外侧海域纵向各布置4个监测断面，每个断面布设3个测站，共计24个测站，监测频次为大、小潮各进行一次；湾内侧，布设4个监测断面，涨、退潮各进行一次,并在内湾中心实施1个在线观测站。水质监控中心建立水质在线自动监测站，拟选取pH、水温、溶解氧、电导率、浊度、COD、非离子氨、活性磷酸盐、无机氮、叶绿素a等10项作为项目评估指标。本次主要接入此处内湾水质监测点数据，不再另外设置。3、视频监控为便于工程运行调度管理，实时观测到闸门重要部位及主要设备的运行状态和工作环境，并结合安防要求，设置视频监控。在工业电视系统章节内容中共设置8路视频，信号通过城域网上传至集控中心。4、闸门自动化本次综合自动化系统的工作范围为闸门综合自动化监控项目内4座水闸的远程集控。已建水闸2座，新建水闸2座：内河节制闸和**排水闸。系统拟按“无人值班”（少人值守）模式进行总体设计和系统配置，采用以计算机系统为基础的集中集控方案，详细内容见计算机监控系统章节内容。本次各闸站控制数据采用城域网MSTP专线接入集控中心。为监测工作闸门的启闭开度状态，对每扇闸门新增配置一台闸位计，山柄水闸6台，下沙水闸5台，节制闸3台和排水闸1台。共新增闸位计15台。3.2应用系统建设1、水位水质监测系统通过水位水质监测软件，对前端设备采集数据进行统一展示查询。水位、水质监测系统可独立运行，也可并入集成其他应用系统。系统功能设计如下：（1）采集各监测点的水位、水质数据，采集时间间隔可设置。（2）上报各监测点的水位、水质数据，上报时间间隔可设置。（3）现场监测终端具备数据存储功能。（4）系统可远程设置终端工作参数，支持远程升级。（5）系统可对水位、水质数据进行存储、分析、生成必要的报表和曲线。（6）系统可对水位、水质指标进行报警阈值设置，并提供警报提示功能。水位、水质监测点位序号位置项目备注1**水闸水位闸内2**水闸潮位闸外3**水闸水位闸内4**水闸潮位闸外5**节制闸水位闸内6**节制闸潮位闸外7**排水闸水位闸内8**排水闸潮位闸外9内河水质中心2、闸门远程控制系统按“无人值班”（少人值守）进行总体设计和系统配置，保留现地操作功能。闸门远程控制系统采用开放性的分层分布式系统结构，当系统中任一部分设备发生故障时，系统整体以及系统内的其它部分仍能继续正常工作。本次对四座水闸（山柄水闸、下沙水闸、内湾节制闸和女儿湾排水闸）实现远程控制。系统功能设计如下：（1）系统能根据水闸当前的运行情况和控制命令、按预定的步骤进行控制。控制的内容包括启闭机启、闭、停止操作、断路器操作等。LCU能够接受库区控制层控制命令,完成对启闭机启闭、止停操作，低压断路器顺序操作等辅机设备操作。当启闭指令下达后，系统能自动显示相应的闸门启闭监视画面。要求画面能模拟实际状况。，以仿真动画的形式直观展示闸门的位置、闸内外水位及启闭机状态，达到逼真的可视化效果。（2）系统可以使运行值班人员通过系统显示对水闸主设备及辅机设备的运行状态进行实时监视。同时也可以根据需要随时对监视内容的设定值进行更改。所有要进行监视的内容包括当前各主要设备的运行及停运情况，并对各运行参数进行实时显示；监视的对象包括库区配电系统、启闭设备和闸门位置。（3）系统能对各设备的运行情况进行统计记录，某些信息还将自动提示给操作值守人员。统计的类型包括设备启闭电动机起动次数、设备运行时间等。对于各主设备及各主要辅助设备的状态还将进行变位及变位时间的统计，必要时还可产生报警。另外，系统还将对参数越复限及定值变更等情况作统计记录，并可以自动生成各类报表、日志、自动生成和打印操作票等。（4）系统能定时扫查各故障状变信号，一旦发生状变将在显示器上即时显示出来，同时记录并打印故障状变名称及其发生时间，配合音响报警。系统对故障和状变信号的查询周期不超过2秒。对状变报警及记录打印，可根据需要设定。故障解决后，对各发生故障进行记录。3、视频监控系统为了直接观察到水闸和集控中心主要设备的运行状态和工作环境，同时也为现场重要操作提供录像资料，作为水闸“无人值守”（少人值守）的辅助配套设备，本次对水闸工作闸门和启闭房以及集控中心大门和机房设置视频监控。共8路视频。系统功能设计如下：（1）镜头自动控制。摄像机镜头的光圈调节由镜头的光检测电路根据被摄物体的照度自动控制光圈大小；能够防闪烁、可调节焦距、红外校正功能、自动背光补偿及自动白平衡。（2）图像采集、存储、监视及打印。可实时显示多个视频图像窗口，每个视频图像窗口的大小、层次和位置可通过视频工作站或控制键盘任意调整设定。可以实现图象的分组切换、巡检、预案显示。系统应具有图像打印功能，打印的启动方式应具有定时启动、报警启动和手动启动等方式。（3）录像采集、存储、检索、回放及管理。可对系统中任一路图像进行录像，并按照时间、图像编号、摄像机号码等建立索引，以便保存记录，支持快速查找，以供各种分析取证。当剩余硬盘空间到达设置界限时，自动删除最早的录像文件。剩余硬盘空间和每次删除的录像空间可以根据需要设置。（4）当监控点发生报警时，如火警、非法闯入、手动报警等，应能自动推出关联的摄像机图像，自动录像。视频监控工作站发出语音报警提示。可设置移动侦测区域，实现多区域移动侦测，当异常情况发生时，能自动跟踪监测物体，同时能自动报警、录像等。4、设备管理系统设备管理系统关注设备的使用状态与流程，以设备的使用和寿命作为关键点进行跟踪，利用该管理软件全面提升闸门、启闭机等设备管理效率和运营管理水平。系统功能设计如下：（1）设备维修。设备发生故障等原因需要维修，需要先填写维修申请单，得到批准之后，才能进行维修事宜。系统可实现对维修申请单的编制和维护，发现故障后，系统提供手机端上传图片功能，及时将故障情况传送到集控中心且留底保存。维修类别可分为设备、非设备、自行发现维修等。（2）设备养护。设备需要按照保养计划进行保养，保养计划是基础数据的一部分，并且具有预警功能。负责人可按照预警及时对设备进行保养，并且录入保养过程和结果信息。（3）设备台账。设备台帐基本信息应包括设备编码、设备名称、型号、生产厂家、出厂编号、出厂日期、安装位置、设备类型、使用部门、供应商、设备性质、资产编号、报废日期、设备状态等。（4）维修养护归档。设备维修养护工单在流程审核完成后，应自动进入设备档案中记录归档，设备维修工单信息与其对应的设备档案信息相互关联。（5）设备出入库。设备采购前需要编制采购计划并且得到审批。设备出库前需要填写出库申请单，得到批准后才能办理出库。设备出库申请批准之后，领用人需要打印出库领用单，根据单子上的信息进行领用。5、全景展示系统全景展示系统作为水位水质监测系统、闸门远程控制系统、视频监控系统的视图基础，系统基于二维GIS，面向各个主体，实现各类数据、信息的综合展示与查询，最终实现全景联合监测与控制，同时提供综合的信息服务。系统功能设计如下：（1）提供各类底图的切换显示，包括、天地图、航拍影像图等，查询展示妈祖城片区水利工程设施分布及属性。（2）融合闸站监控、水位监测、水质监测、视频监控、空间信息监测信息，提供空间直观的界面入口与监控视图。（3）为其他设施的接入提供拓展接口。3.3系统环境建设1、数据资源估算（1）容量需求估算a.基础信息：河流水系、水利工程等基础属性数据按初始量500M,航拍影像图等高清晰度底图、地形图数据量按100G估算。全景展示系统基础数据需求容量为100.5G。b.视频存储：根据视频内容按照1080P，H.265编码标准，每秒视频的大小约为4M，按8路视频90天存储计算为：8*4*60*60*24*90/1024/1024/8=29.4TBpsc.监测信息：除视频外的监测数据包括闸内外水位（8处）、湾内水质（1处）、闸门位置（15处）等信息，本系统各类监测点共计24个，按照平均每监测点的监测指标每5分钟一条记录，每条记录平均800Byte估算，按照存储1年计算为：24*60/5*24*365*800/1024/1024/1024=1.87Gd.业务信息：主要包括闸门定期巡检上传照片、各类流程文档数据、台账记录数据等。定期巡检按照平均每周巡检3次，每张图片按照3M计算，产生各类文档数据每天按5M计算，业务信息按存储1年计算为：3*365/7*3/1024+5*365/1024=2.24Ge.其他资源：必备软件及系统日志存储，其他资源需求容量按50G估算。（2）资源配置设计依据上述容量需求估算，对所有信息量加以统计，考虑冗余1.2倍、RAID5模式下20%的损失，计算综合自动化系统数据信息磁盘空间需求量估算约为42.5T的存储容量。2、网络通信设计通信网络作为各项业务开展的基础网，主要为本工程集控中心与现地闸站之间的数据、视频、控制系统等各种信息提供高速可靠的传输通道。本工程通信传输系统采用租用VPN专线方式进行无线通讯实现。为确保各类数据安全、稳定的传输，对工程监控、视频监控站均采用点对点的有限链路。集控中心与各闸站各租用2条专用VPN通道，一条用于传输闸门自动化监控以及水情监测数据，另一条用于传输视频数据。（1）监测数据传输网络主要是水位、闸位、水质的监测数据传输，数据量较小。本次采用租用VPN网络带宽进行传输。闸门现地水位、闸位监测数据由LCU统一上传，集控中心租用10M带宽的专线。水质监测站利用4G通信传输。集控中心：带宽采用10M。四个闸站：带宽采用10M。水质监测：4G网络。（2）视频数据传输网络新建设的视频监视点利用电信、联通、移动等运营商已有的网络链路，视频流每路按照4Mps计算，根据实际需要租用VPN网络带宽进行传输。集控中心：8路视频，带宽采用50M。四个闸站：2路视频，带宽采用10M。（3）闸门远程控制网络为满足闸站的远程控制要求，设置远程调度终端及水闸控制终端各一个，采用VPN专网通信方式。闸门控制专线和监测数据专线可共用。集控中心：带宽采用10M。四个闸站：带宽采用10M。网络通信配置序号项目名称技术参数单位数量备注1VPN-闸站10M条/年4传输闸控、水情数据2VPN-闸站10M条/年4传输视频数据3VPN-集控中心10M条/年1接入闸控、水情数据3VPN-集控中心50M条/年1接入视频数据3、必备软件说明本次系统必备基础软件配置为操作系统和数据库软件。Windows操作系统支持多种硬件平台对于硬件生产厂商宽泛、自由的开发环境，界面友好，窗口制作优美，操作动作易学，多代系统之间有良好的传承，计算机资源管理效率较高，效果较好。本次系统基于Windows操作系统开发。实时数据库要求采用性能好、容量大、可靠性高、安全性强的分布式点组态的组织机构实时数据库平台。适用于数据存储、生产管理、先进控制、优化控制、流程模拟等应用，提高管控一体化水平。本次选用MicrosoftSQLServer2016作为数据库管理系统。主要功能就是同各种数据库建立联系，进行沟通。作为全景展示系统的需要，本次系统采用开源GIS软件作为支撑。4、系统安全网络安全保护等级由两个定级要素决定：等级保护对象受到破坏时所侵害的客体和对客体造成侵害的程度。妈祖城闸门综合自动化信息系统，其所侵害的客体为社会秩序、公共利益；如恶意进行水闸控制，会对社会秩序、公共利益造成一般损害。因此，业务信息安全性等级为二级。根据信息系统安全保障标准规范中的信息系统二级等级保护基本要求，设计系统的安全保障体系。5、软硬件环境配置主要软硬件设备清单序号项目名称技术参数单位数量一硬件系统环境1数据服务器2U高度；CPU：IntelXeonE52630V4*2路；台2内存：16GDDR4RECC*8根；硬盘：2TBSATA（企业级）3.5寸

*1个。2网络视频录像机（NVR）16路，支持4K高清,硬盘8*6T套13应用服务器配置2颗IntelXeonE5-2630V4,主频2.2GHz,十核心；台3配置≥2*16GBDDR4ECC内存配置≥2个600G热插拔SAS硬盘二网络设备1交换机24个10/100/1000Base-T以太网端口，4个复用的千兆ComboSFP，4个千兆SFP台62路由器4口千兆台43防火墙设备最大吞吐量10Gbps；最大并发连接数250万；每秒新建连接数18万；台54隔离网闸套1三安全等保1运维安全审计系统（堡垒机）硬件架构采用模块化设计内存不小于8G；存储空间不小于1TB；台1标准1U硬件设备；2数据库安全审计系统存储容量：支持扩展大容量存储介质用于日志存储，存储空间不小于1TB；套1内存：≥8G；峰值事务处理能力：≥20000事件数/秒；网络接口：最少支持6*1000MbpsRJ45接口。3安全日志审计系统标准1U机架设备，采用B/S架构；套1事件采集可达到30000EPS，事件关联分析可达到8000EPS，事件入库性能可达5000EPS，最大支持500资源。4网络运营中心系统整体平台为软硬一体化产品，硬盘2T，支持RAID5，内存不小于16G；支持100个网络资源的监控管理；套1四必备软件1操作系统Windowsserver2016套12数据库软件MicrosoftSqlServer2016套13.4集控中心建设集控中心作为综合自动化系统的运行场所，需要选择空间充足、上班地点相对便捷的区域，选址工作和集控中心布置待业主明确后进行补充。本次主要考虑集控中心的大屏系统、机房系统、台席电脑以及安防系统的建设。1、大屏系统建设集控中心大屏显示系统是集成多种信息接收处理显示，集多类人员操作控制于一体的多媒体互动系统，涉及声光电多方面技术问题。结合项目需求，本次配置一块100英寸显示终端。大屏系统设备清单序号名称参数指标单位数量备注1显示终端尺寸：100英寸；屏幕比例：16：9；4096×2160；垂直视角；拼缝：1.7mm；背光：LED输入接口：支持DVGA*1、CVBS（BNC）*2、DVI-D*1、HDMI*1、RS232（RJ45）*1、USB*1台12、机房系统建设结合综合自动化系统建设需求，本次机房主要配置建设包括UPS电源系统、配电柜系统、空调系统、服务器机柜系统。（1）设置服务器机柜1个，运营商机柜1个，均为宽为600mm机柜；（2）服务器机柜按照平均4KW/机柜设计，系统最大负载量可达20KW；（3）制冷空调部分采用1台3匹空调进行制冷，提供负载充足的制冷量，满足机房设计要求；（4）UPS设备采用机柜容量为10KVA的模块化UPS进行供电，提高UPS稳定性保障负载安全，根据负载，配备1个10KVA功率模块；（5）蓄