饒平縣高堂水閘管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1項(xiàng)目背景

高堂水閘位于黃岡河流域中下游一饒平縣高堂鎮(zhèn)軍寨村。黃岡河流域上游為湯溪水庫,中游為湯溪水庫大壩以下、高堂水閘閘址以上,下游為高堂水閘閘址以下、東溪水閘以上。

重建水閘包括攔河閘和進(jìn)水閘兩部分。攔河閘設(shè)10個閘孔,孔口凈寬為12.5m。攔河閘工作閘門平時(shí)關(guān)閉蓄水,超過正常蓄水位開啟泄洪。進(jìn)水閘設(shè)置1孔,防洪并兼顧調(diào)節(jié)流量,超過正常蓄水位下閘。根據(jù)下游用水需要調(diào)節(jié)流量,并保證下游渠道安全。

2建設(shè)目標(biāo)

根據(jù)饒平縣高堂水閘重建工程建設(shè)實(shí)際情況,建成以信息共享為基礎(chǔ)、以穩(wěn)定高效的遠(yuǎn)方綜合指揮管理為目的的網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)。同時(shí),為水閘運(yùn)行調(diào)度創(chuàng)造條件,以實(shí)現(xiàn)工程信息自動化及各項(xiàng)業(yè)務(wù)信息化,并全面提升工程效率。

3管理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本次網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)包含以下子系統(tǒng):計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、自動化控制子系統(tǒng)、水情自動測報(bào)子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、水閘安全自動監(jiān)測子系統(tǒng)、語音通信子系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)采用模塊化、層次化結(jié)構(gòu),分為核心層和現(xiàn)地層兩個層面,為管理人員提供1000M快速以太網(wǎng)交換功能,核心層與現(xiàn)地層間為光纜通信。

核心層設(shè)置閘門工作站、視頻工作站、安全監(jiān)測工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全管理設(shè)備、不間斷電源、NVR、打印機(jī)等設(shè)備,可實(shí)時(shí)監(jiān)控分析及記錄水閘等現(xiàn)地設(shè)備的信息。

現(xiàn)地層主要由閘門現(xiàn)地集中控制柜、監(jiān)控?cái)z像頭、安全監(jiān)測儀器等設(shè)備組成,分別部署在水閘上下游、閘室以及其他重要位置,通過有線方式(90m以內(nèi)采用超六類網(wǎng)線通信,90m以上采用光纜通信)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。

3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

高堂水閘管理處設(shè)置信息中心,采用開放式、分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),以"無人值班,少人值守"為基本原則,按安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。在管理信息中心配置各類管理員工作站,分別對實(shí)時(shí)采集和接收的閘門、視頻、水工安全監(jiān)測等信息進(jìn)行監(jiān)視、分析、記錄以及上傳。

本系統(tǒng)配置2套不間斷電源設(shè)備,為系統(tǒng)設(shè)備提供可靠的備用工作電源,分別為:在管理信息中心部署1套10kVA不間斷電源,用作管理信息中心工作站等的備用電源:在閘門現(xiàn)地集中控制柜設(shè)置1套3kVA不間斷電源,用作現(xiàn)地控制柜等設(shè)備的備用電源。

3.2閘門自動控制子系統(tǒng)

閘門控制系統(tǒng)具備閘門啟閉機(jī)設(shè)備遠(yuǎn)程和現(xiàn)地控制、開度監(jiān)視等功能,可在管理信息中心以及攔河閘現(xiàn)地實(shí)現(xiàn)各閘門全開、全關(guān)以及停機(jī)操作?？刂谱酉到y(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)連接管理信息中心控制室上位機(jī)與攔河閘工作閘門和進(jìn)水閘閘門現(xiàn)地控制設(shè)備,可分為核心層及現(xiàn)地層。

3.2.1核心層

核心層位于高堂水閘管理信息中心,負(fù)責(zé)本工程攔河閘、進(jìn)水閘的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視,并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,包括運(yùn)行報(bào)表、設(shè)備檔案、運(yùn)行參數(shù)等。核心層設(shè)備與現(xiàn)地層設(shè)備之間采用超六類網(wǎng)線及光纜通信,通過星形以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,傳輸速率為1000Mb/s。

3.2.2現(xiàn)地層

現(xiàn)地層設(shè)備主要位于水閘閘室內(nèi),負(fù)責(zé)對現(xiàn)地液壓控制柜的集中監(jiān)控,并實(shí)現(xiàn)水閘現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳和中控層命令的下達(dá)。

現(xiàn)地集中控制柜設(shè)置在1#、2#閘門閘室?，F(xiàn)地集中控制柜設(shè)有以太網(wǎng)模塊,連接12口100M交換機(jī),實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)地液壓控制柜的集中監(jiān)控,水閘現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳以及中控層命令的下達(dá)。液壓閘門控制柜通過雙絞線/光纜(進(jìn)水閘和9#、10#液壓閘門控制柜離現(xiàn)地集中控制柜較遠(yuǎn),故采用光纜傳輸數(shù)據(jù),其他液壓閘門控制柜則比較近,故采用超六類網(wǎng)線連接至現(xiàn)地交換機(jī)),與水閘集中控制柜組成現(xiàn)地局域網(wǎng)。

3.3水情自動測報(bào)子系統(tǒng)

水情自動測報(bào)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)水位等信息的接收、處理、轉(zhuǎn)換和存儲。各測站信息經(jīng)接收處理后,分類存入各類數(shù)據(jù)庫中,以供管理信息系統(tǒng)使用。

水情自動測報(bào)系統(tǒng)包括遙測點(diǎn)和中心站。水位測點(diǎn)分別由1套水位計(jì)數(shù)據(jù)傳感器和1套數(shù)據(jù)遙測終端機(jī)(RTU)組成,共2個水位測點(diǎn),分別監(jiān)測水閘閘前及閘后水位:管理信息中心配置1套水情工作站。

3.4視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)傳輸,在管理信息中心設(shè)監(jiān)控工作站及監(jiān)控大屏,各視頻監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備通過光纜、六類網(wǎng)線接入信息中心交換機(jī),通過視頻管理服務(wù)器(NVR)及監(jiān)控大屏存儲和查看視頻信息。

工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控范圍包括水閘閘門、上下游水位、水閘管理處等。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際,監(jiān)控?cái)z像前端設(shè)備采用高清透霧低照度日夜型攝像機(jī)、一體化全向攝像機(jī),在高堂水閘及管理信息中心共設(shè)置16套攝像機(jī),在管理信息中心等重要區(qū)域增設(shè)人臉識別攝像機(jī)。

視頻監(jiān)控后臺設(shè)備部署于管理信息中心控制室,主要設(shè)備有1臺視頻工作站、1套視頻管理服務(wù)器(NVR)、1套控制鍵盤、1臺55"LCD顯示屏等(圖1),可在顯示屏上實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場情況,并控制相應(yīng)前端攝像頭。

3.5水閘安全自動監(jiān)測子系統(tǒng)

為適應(yīng)新時(shí)代水利建設(shè)和管理的需要,以水利數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化驅(qū)動水利現(xiàn)代化,全面提升感知、分析、預(yù)測和風(fēng)險(xiǎn)防范能力,水閘安全自動監(jiān)測系統(tǒng)包括以下功能:數(shù)據(jù)自動采集、儲存和傳輸,數(shù)據(jù)處理、分析及報(bào)警等。

根據(jù)本工程水閘安全監(jiān)測的需求,在攔河閘設(shè)置3個監(jiān)測斷面,設(shè)置1套16路監(jiān)測數(shù)據(jù)測量控制單元(MCU),裝設(shè)相關(guān)監(jiān)測項(xiàng)目的測量接入模塊,滲壓計(jì)信號全部接入MCU實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)測:在進(jìn)水閘設(shè)置2個監(jiān)測斷面,設(shè)置1套16路監(jiān)測數(shù)據(jù)測量控制單元(MCU),裝設(shè)相關(guān)監(jiān)測項(xiàng)目的測量接入模塊,滲壓計(jì)信號全部接入MCU實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)測。

3.6語音通信子系統(tǒng)

高堂水閘工程語音通信系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)調(diào)度通信系統(tǒng)、行政通信系統(tǒng)和對外的通信接口。本工程在水閘管理處設(shè)1臺語音通信程控交換機(jī)以實(shí)現(xiàn)水閘的語音通信。其中,生產(chǎn)調(diào)度配置10臺語音電話,分別部署于水閘管理處以及各閘室:行政通信配置12臺語音電話,分別部署于水閘管理處以及各閘室:另外,考慮本工程閘門的運(yùn)行及維護(hù),配置2對無線對講機(jī):對外通信通過公網(wǎng)電話實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)語

高堂水閘管理信息系統(tǒng)圍繞機(jī)電設(shè)備在線監(jiān)測、水工安全監(jiān)測、視頻監(jiān)控信息、水情信息監(jiān)測等多個方面,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),全面感知水閘運(yùn)行的各種要素,實(shí)現(xiàn)對水閘運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)管,同時(shí)積累大量數(shù)據(jù),為水閘數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)支撐,為全面提高饒平縣黃岡河流域整體防汛的聯(lián)合調(diào)度水平提供了技術(shù)支持,將提升日常管理辦公的信息化水平,對推進(jìn)黃岡河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和防汛抗旱工作具有非常重要的意義。