应用视频监控实现鹤山西江大堤闸门远程监控

摘 要：把分布在沿江的闸门通过以太网络的方式在控制中心实现远程控制，结合视频系统传输闸门实时运行工况图像，仿佛身临其境地操控闸门运行，实现闸门的无人看守远程运行。利用计算机通讯技术、自动化监控技术、视频监视技术等提高了闸门现代化管理水平。 1 概况 西江大堤（鹤山段）位于珠江三角洲西北部，西江下游右岸，大堤从鹤山市古劳镇石岩头山脚开始至沙坪镇杰州围与江门市天河围交界止，全长16.35公里。西江大堤为2级堤防，是鹤山市最重要的堤防工程。鹤山西江大堤沿堤有7宗主要小型涵闸，为了提高现代化管理水平，减少运行管理人员，选取沿线两宗主要的排水涵闸新窦和纸厂排水涵进行自动化改造，结合视频监控系统传回的2处闸门的实时图像，实现无人值班远程运行及监视。 2 系统组成 系统由现地控制单元、网络传输系统和管理楼控制中心上位机组成。现地控制单元包括PLC控制柜、水位监测单元、视频监视单元组成；网络传输系统分为无线传输和光缆有线传输等两部分组成混合以太网络；管理楼控制中心由一台工业控制计算机运行闸门远程控制、运行日志、水位采集等软件组成远程监控平台。 本系统通过以太网络方式在西江大堤管理楼控制中心实现对西江上游2.5km的新窦闸门和下游7.5km的纸厂闸门进行远程控制，在管理楼控制中心的上位控制计算机上执行对两处闸门的上升、下降、停止操作，并实时返回闸门的运行状态，响应故障报警信号于远程监控人员，结合视频实时图像直观显示闸门工况，远程操控就像现地操作一样。 2.1 现地控制单元 现地控制单元由PLC控制柜执行上位机下达的控制命令完成相应的闸门动作，并反馈闸门运行状态信息通过网络返回给上位机系统，同时执行闸门运行的逻辑闭锁。采用性能可靠的三菱FX2N系列PLC和施耐德继电器等元器件。通过行程开关反馈的限位信息由PLC控制开关闸回路。 闸门西江侧通过一根Φ250mm的钢管安装浮子式水位计采集西江水位，以格雷码数据格式与PLC通讯采集水位。在启闭机室底部正对闸门处安装一套球型摄像机，控制球型云台实现摄像机镜头的水平0-360º垂直0-90º旋转以及镜头的变倍聚焦，获得闸门全方位图像，满足不同角度和不同部位的细部监视要求。球型云台选用国产高性能品牌YAAN，摄像机选用昼夜型22倍变焦的三星摄像机。 2.2 网络传输系统 所选的2处闸门距离管理楼分别有2.5km和7.5km，突破了双绞线以太网的传输距离，所以网络传输介质采用无线或光缆。新窦闸门距离管理楼直线距离2.5km沿途基本上顺着堤顶公路，利用移动公司的通讯线杆架设专用光缆。纸厂闸门距离管理楼的直线距离7.5km，中间穿过沙坪河，沿途还有2个村庄，架设光缆比较困难，成本较高。通过观测周围地形，管理楼与纸厂闸门中间地势比较平坦，非常适宜于安装无线网络。经比较选用以色列奥维通的BreezeNet无线网桥产品，实现两处11M带宽的无线以太网络。 2.3 远程监控系统 位于管理楼控制中心的上位计算机是整个系统的中枢，由一台运行闸门远程监控软件的上位控制主机、一台视频控制主机、水位显示屏及网络设备等组成。采用组态软件开发的远程监控系统软件通过以太网络与位于两处闸门的PLC通讯。上位机选用基于P4级CPU的高性能工业型控制主机，保证长期稳定可靠运行。操作人员通过上位机发送控制闸门的命令，由远程PLC接受命令满足条件时执行相应动作，PLC采集闸门状态信息和工况通过网络返回到上位机，限位闭锁等信号和PLC逻辑链路控制有机结合，进行现地保护。监控软件由闸门控制、运行日志、水位显示、电源控制、故障报警等部分组成。视频控制主机管理、控制位于闸门现地的球型摄像机，具有网络浏览操控视频、视频录象回放等功能。水位显示屏动态显示西江大堤鹤山段的3处典型水位，直观了解西江的水位。 3 系统特点 本系统在传统的闸门手工运行的基础上通过自动化改造，利用计算机技术、网络技术、自动化控制技术以及视频监控等技术实现闸门远程控制，其特点主要体现在以下几个方面： 3.1 远程视频监控 两处闸门相距控制中心较远，突破了视频电缆传输模拟视频信号的极限距离，故不能采用传统的DVR技术。我们根据建立的以太网络传输通道，建立了基于以太网络的远程监控技术。采用进口的Smartsight视频服务器把现地球型摄像机的模拟视频信号通过MPEG4编码数字化，通过以太网络传到控制中心视频服务主机上，通过软件方式实现数字图象监控。 3.2 控制直观 闸门的运行情况通过安装在闸门顶的摄像机实时传回管理楼控制中心，在控制中心的视频监控主机上通过控制球型云台实现全方位多视角的监视，能获得闸门全景，也能获得闸门的细部图像，对闸门控制仿佛“身临其境”，而且还能看到在现场无法看到的细部特征。在闸门远程控制主机上发出闸门升降动作的命令后，可以在视频主机上看到闸门的整个动作过程。 3.3 混合网络传输 针对不同的物理位置分布，选择合理经济的网络传输方式，为闸门远程控制提供传输通道，同时保证传输的可靠性和充足的网络带宽要求。 3.4 电源远程控制 西江大堤的沿线闸门为排水闸，平时西江水位低于内河水位，均为自流排水，闸门常开，只在汛期西江水位高时关闭闸门。故闸门运行次数较少，设备无需长期供电，我们设计了电源远程控制，只要保证网络设备和PLC供电，其他设备的供电均由上位机远程控制PLC投入电源，保证各设备的使用寿命和安全。 3.5 无人值班运行 针对西江沿线排水闸运行次数较少、分布散的特点，在自动化远程监控的技术上，通过水位监测、实时图像传输、电源远程控制等现代化手段，实现了无人值守运行。 4 结语 新窦闸门和纸厂闸门实现远程自动化控制系统后，达到了无人值班的目的。沿江3处水位监测点实时水位分别显示在监控软件和壁挂水位计上，直观地反映西江鹤山段的江面水位情况，便于决定何时开闸排水。控制远程监控软件启动闸门动作时，结合安装在闸门处的摄像机传回的图像及时了解闸门工况，确保了闸门无人值班安全运行。该两处典型闸门远程控制系统的成功运用，为西江大堤沿线其他几宗闸涵的自动化远程监控提供了经验和应用实例，为全面应用打下了基础。 作者单位：水利部农村电气化研究所