閘控、視頻監視技術實現閘門監控子系統灌區水量調度是通過閘口分水實現的，有必要對灌區配水的重要閘口實施遠程控制，具體體現灌區水量調度方案的執行，確保灌區節水治理目標的實現。閘門的遠程控制在國內外都有成功的案例，如國內的南水北調工程、長江、黃河上的調水工程、甘肅的景電工程、蘇勒河聯合調度工程、石羊河流域水資源調度管理信息系統工程、許多大型灌區信息化系統工程等均實現了閘門的遠程控制，技術成熟，效果良好。閘門監控系統數據傳輸流向如圖8-11。監控站監控站電站信息中心光纖VPN圖8-11閘門監控系統數據傳輸流向圖。功能與性能系統功能（1）管理局信息中心1）遠程閘門控制現場監控柜的控制開關置于遠程控制的位置時，現場手動按鈕和觸摸屏均失去控制能力，控制權限轉移到遠方的管理局信息中心的監控軟件上了。此時管理局的監控計算機運行閘門遠程監控軟件和現場的主控制器PLC通過TCP/IP網絡連接通信，PLC將現場采集的信息和數據發送給監控軟件，監控軟件則將操作人員的控制命令下達給PLC，確定正確無誤后方執行指令。在管理局監控系統獲得控制權限后，計算機操作員通過監控軟件界面上下達對此閘控柜的某臺啟閉機的啟閉操作命令的時候，控制命令通過網絡發送到現場的PLC，PLC內部事先安裝有編制好的配套監控程序，此程序接收到控制指令后經過一系列判斷和校驗，再解析為相應的命令控制啟閉電機，從而實現閘門啟閉。遠程控制功能就實現了。具體實現方法可以在監控計算機軟件界面上直接點擊鼠標按下按鈕，命令現場閘門的升降停，也可以預置閘門開度，下達命令后現場控制器自動將閘門調節到這個開度。2）遠程數據采集、處理、應用、管理在局域網中，管理局被設置為信息中心，實時收集所有閘控站的數據，包括閘門開度、閘門狀態等。采集的數據就在管理局服務器上的閘門監控數據庫內存儲，在監控計算機上可以顯示、查詢、修改、統計、報表、繪圖、打印輸出。3）報警處理及系統管理數據越限報警并記錄，用戶建立、權限設置、密碼設置、登錄退出、操作記錄，所有記錄的查詢、顯示。4）在信息中心電視墻上顯示組態軟件閘控站的工作狀態、基礎數據。（2）現場閘控站1）實現現場手動、現場自動現場手動：指在閘門所在現場的閘室內放置有閘門監控柜，監控柜設置有閘門控制用的升降停按鈕和控制權限切換開關，在現場具備開機條件下，將控制開關切換到現地控制（2檔型）或現場手動（3檔型），按下升降停按鈕可以使控制回路動作，從而使閘門做相應的運動。現場自動：在現場閘門監控柜上還設置有觸摸屏。觸摸屏除了能夠顯示閘門信息外，還可以通過觸摸屏幕按鈕接收信息。在控制開關切換到現地控制（2檔型）或現場自動（3檔型）時，觸摸屏具有控制權限，可以利用觸摸屏上的人機界面和內部運行的控制軟件通過通信發送指令給主控制器－PLC，PLC再通過二次回路控制閘門啟閉電動機的停止和正反轉，從而實現閘門控制。2）接受遠程控制二級監控權限不同，一般情況下為了業務方便設定現場級最高，信息中心次之。現場有現地、遠程控制權限切換功能。當現場授權與遠程的時候，中心獲得控制權限，可以遠程控制閘門的升降停。此時，信息中心可以使用監控計算機運行的閘門監控軟件遠程控制現場閘門。各級基本控制功能相同，均可以升降停閘門，不同之處在于：①遠程可以預先設定閘位值，發出命令后現地控制設備控制閘門的升降運動，并隨時監控閘位，一旦監測到閘門到達指定開啟高度立即停止。現場主要采取人工手動操作方式，閘門運行情況靠人工觀測，以保證設備安全；②遠程控制涉及到通信安全問題。在遠程監控級獲得控制權限后，現場控制器實時監視與遠程監控主機的通信。一旦遠程控制主機與現場控制器通信中斷或失效后，遠程監控主機發送的控制命令將被立即復位而停止執行，閘門停止運動，以確保安全。3）急停控制無論在現場還是遠程控制，一旦發生險情，需要立即停止閘門運動的時候，現場控制柜上設置了急停按鈕，可以在緊急情況下快速按動而切斷控制回路電源甚至是主回路電源，以停閘、停電，確保安全。在遠程也設置急停功能按鈕，不需要上級授權，不可屏蔽，長期有效。4）具有運行狀態判別，故障多重保護和報警功能閘門在運行過程中，運行狀態和信息被實時監控，并被作為閘門運行動作的前提判斷條件，防止發生錯誤動作無法調節，更重要的是防止損壞設備。而當監測到各種信息邏輯不協調，互相矛盾的時候，則立即停機報警，等待檢修。報警除了在現場聲光報警和顯示屏提示外，還發送到管理局的監控計算機上，在監控軟件界面上顯示報警并記錄報警數據和信息。5）實時采集信息閘門開度、閘門狀態、啟閉機狀態、閘門位移越限開關狀態、電機運行參數等各類實時參數與狀態信號：現場閘位計、限位開關等傳感器和PLC共同監測閘門、電機運行等狀態和參數，所有的數據和狀態均在PLC內部集中和轉換。。6）數據通信現場閘控站和管理局依靠局域網進行數據傳輸。傳輸的數據包括實時采集數據、控制命令數據、故障報警數據等，以供存儲使用。系統性能（1）數據采集周期：<10s（2）數據采集延遲:<2s（3）數據遠程讀取延遲:<2s（4）閘位計分辨率:±1cm（5）PLC掃描速度：≥0.5ms/k（6）網絡傳輸速率：≥100Mbps（7）系統MTBF：≥25000小時（8）通信誤碼率：≤10－10（9）防護等級：IP65（10）野外設備工作溫度-5℃～45℃,相對濕度不大于90％無凝結。框架結構閘門監控與網絡連接起來，基本的閘控縱向結構如圖8-12。圖8-12閘門監控邏輯圖閘門監控：系統采用二級控制結構，即信息中心站遠程監控級、現場監控級。信息中心站采用安裝了監控應用軟件的計算機監控，現場采用監控單元監控。閘門開度監測：用閘位計監測1處閘門開度。閘門監控站由現場設備和遠程控制端設備組成。現場主要設備包括監控單元、閘位傳感器、水位傳感器、以太網網絡模塊和供電單元；遠程控制端設備組成包括數據庫服務器和安裝了閘門監控應用軟件的監控計算機。監控系統數據流程圖見圖8-13。現場監控端現場監控端遠程監控端監控點#1監控計算機信息中心數據庫服務器圖8-13監控系統數據流程圖閘門監控子系統的數據寫入到綜合數據庫后，在灌區事務管理及公共服務系統上進行發布，灌區地理信息管理系統從數據庫中提取閘門監控里的相關基礎空間數據變成可直觀的圖。用戶可在灌區事務管理及公共服務系統、灌區地理信息管理系統上查詢數據、圖及屬性等數據。閘門監控子系統軟件結構如圖8-14。寫入日常管理數據寫入日常管理數據提取水雨情相關空間數據在GIS平臺上顯示圖、屬性等供查詢提取數據并發布供查詢提取數據并統計寫入數據閘門監控子系統綜合數據庫子系統業務應用系統灌區地理信息子系統提取查詢數據并發布供手工錄入實時采集數據灌區移動綜合應用系統圖8-14閘門監控子系統軟件結構技術實現技術方案監控單元PLC硬件上集成了電源電路，加強了抗干擾措施，適合工業環境使用。同時PLC系統與通用計算機直接、通信轉換單元構成網絡，實現信息的交換，并構成“集中管理、分散控制”多級分布式控制系統，滿足工業控制系統的需要。因此本系統采用以PLC為控制核心。控制柜體內強電部分和弱電信號部分分開布局布線。通信方式選擇通信方式分無線通信和有線通信。閘門監控站布置在分水閘，閘門工作站布置在電站，閘控站和工作站之間通過光纖通訊。供電方式選擇本期工程的閘控站現場都有交流電，采用交流電供電。監測站技術方案以PLC為監控核心單元，閘門開度儀采集閘門開度信號，采用以太網通信與分中心通信對閘門進行遠程控制，利用交流電源供電。監控站現場連接方式監控站現場連接方式邏輯圖如圖8-15。圖8-15監控站現場連接方式邏輯圖控制方式控制方式閘門控制方式分為三類：1）計算機自動控制。計算機按照閘門操作規程或管理人員的調度指令或水庫運行調度方案控制閘門的運行，這是主要的運行方式。2）在現場現地控制。現場控制表示閘門由現場控制柜面板上的升降停按鈕控制。一般情況下閘門為靜止狀態，在需要閘上升或下降時可以將現場遙控旋鈕旋到“現場”位置，然后按下上升按鈕使閘門上升，或按下降按鈕使閘門下降，也可以中途按下停止按鈕使閘門停止運動。閘門在運動過程中，相應的指示燈會亮，同時文本顯示屏實時顯示閘門的開度。3）手搖控制。手搖控制表示啟閉機只能用現場手搖的方式控制，相對其他兩種控制模式而言相當于停止對啟閉機控制，所以又稱停止控制。優先級控制閘門控制分三級控制，最高級為現地控制，第二級是分中心信息節點遠程控制，第三級是相應中心站遠程監控級。中心站的控制權限由分中心信息節點給予。優先級控制如圖8-16所示。現地手動控制指令現地手動控制指令遠程控制指令管理局中心站遠程控制級分中心信息節點遠程控制級現地手動控制閘門閘門控制柜控制切換低高圖8-16優先級控制圖中心站遠程控制的權限由分中心決定并給予，方式為：中心站先發命令給分中心，向分中心請求對閘控站的遠程控制，分中心給予控制權限后，中心站才能對閘門進行遠程控制。通信方式現場閘控站與中心之間通過GPRS無線方式進行通信，分中心與管理局中心站之間采用VPN方式進行通信，實現中心站對現場閘控站的遠程控制。以太網絡模塊以太網絡模塊DIDOAI模塊CPU模塊DTUVPN雙絞線中心監控計算機網絡交換機雙絞線圖8-17閘控站通信結構現地監控站控制圖8-18閘門監控柜邏輯結構現地監控站具有DI、DO、控制和通信功能。采集數據通過閘位計采集閘門開度；通過接觸器輔助觸點監測電動機運行狀態；通過限位開關監測閘門限位狀態；監測電機熱保護狀態。控制通過DO輸出量控制二次回路的接觸器切換形成電機正反轉，從而實現閘門啟閉。顯示和報警控制屏上有指示燈和觸摸屏可以現場指示和詳細顯示現場采集到的狀態和數據。通信現場PLC配置TCP/IP通信網絡模塊，通過網絡模塊和通訊裝置連接，通過GPRS無線方式上傳到中心。實現設計閘房內配置有閘門現地控制柜，控制柜為閘門啟閉機的電動機提供電源，并控制其正反轉；監測閘門開度和電機運行狀態，并能夠顯示參數和接收遠程命令。在控制柜中有一次和二次控制回路，受控于控制柜面板按鈕，同時受控于PLC的輸出節點。通過控制開關切換現地控制和遠程控制權限。PLC的硬件上集成了電源電路，加強了抗干擾措施，適合工業環境使用。同時PLC系統與通用計算機直接、通信轉換單元構成網絡，實現信息的交換，并構成“集中管理、分散控制”多級分布式控制系統，滿足工業控制系統的需要。控制柜體內強電部分和弱電信號部分分開布局布線。現場閘門控制中閘位傳感器采用機械編碼式，PLC配置以太網網絡模塊，其它設備和元器件均采用質量性能好，售服到位的品牌產品。現場閘門控制設備中一次、二次回路負責為閘門啟閉機提供正反轉電源，這項技術已經非常穩定成熟和普及，普通的控制設備就可以實現。本方案中閘控關鍵是能夠采集現場數據和狀態信息并將其傳輸到遠方，同時接收遠方的控制命令。承擔信息采集和傳輸任務的設備就是PLC。管理局遠程控制管理局是所有系統的匯總中心，因此閘門監控的現場數據要匯入管理局中心站。其邏輯結構與分中心管理站相同，僅僅是數據規模和監控優先級不同。現場監控柜的控制開關置于遠程控制的位置時，現場手動按鈕和觸摸屏均失去控制能力，控制權限轉移到遠方的分中心或管理局的監控系統上。如果分中心和管理局的監控計算機運行閘門遠程監控軟件協商好，并和現場的主控制器PLC通過TCP/IP網絡連接通信，監控軟件則將操作人員的控制命令下達給PLC，PLC內部事先安裝有編制好的配套監控程序，此程序接收到控制指令后經過一系列判斷和校驗，確定正確無誤后方執行指令。現場監控柜的控制開關置于遠程控制的位置時，現場手動按鈕和觸摸屏均失去控制能力，控制權限轉移到遠方的分中心或管理局的監控系統上。監控軟件設計開發工具監控軟件采用“組態王”工控組態軟件。應用軟件功能1）系統管理①用戶登錄：登錄用戶菜單項是新用戶為獲得操作權，向系統進行登錄。②退出登陸：用戶完成操作后，如想交出操作權，可執行此項菜單命令。③用戶管理：用戶在運行時增加、刪除用戶，修改用戶權限（系統按用戶組來分配操作權限，劃分為操作員組、管理員組。操作員組的成員一般只能進行簡單的日常操作；管理員組負責工藝參數等功能的設置，并對重要的數據進行統計分析，管理員還可分配或收回指定操作人員對指定閘門的操作權限，限制操作人員對操作記錄的修改）。④修改密碼：修改登陸用戶自己原來設定的操作密碼。⑤退出系統。2）主控窗口①分站、閘控站地理位置分布圖，各站點旁顯示水位、閘位實時數據，鼠標可點擊選擇進入各閘控站具體控制窗口。②閘控站閘位數據、電源信息、閘門上下限、控制方式、通訊狀態等狀態集中實時顯示。③各閘控站具體控制窗口，由鼠標點擊選擇打開和關閉，包括閘門運動動畫模擬顯示、通訊狀態指示、閘門上限、下限、電源指示。3）數據管理①數據查詢：查詢水位、閘位歷史數據。②操作記錄：記錄操作人員對各閘控站閘門的操作命令，包括操作時間、操作人員、及具體動作命令，也可記錄現場操作人員對閘門的操作情況，包括閘門動作、操作時間。③報警記錄：記錄閘門超限、通訊故障、閘門故障等報警信息。閘控站防雷閘控站防雷在建設站房時應按照建筑物防雷標準建設防雷系統。由于灌區一般面積很廣，電力系統網絡范圍也很廣，有遭受雷擊的可能性，加上農村電網防雷措施常常不是很到位，因此需要從電源部分增強防雷措施。閘控站相應的需要建設防雷系統。主要的建設任務是每處閘控站均建設防雷地網，并配置電源防雷器一套。在距站房墻基周圍約3m內的地方挖深度不淺于1.5米的壕溝。鋪設規格位40×4的鍍鋅扁鐵，根據現場實際情況及周邊環境形成“一字形”或“四邊形”或“三角形”等形狀，節點焊接牢固，再用鍍鋅角鋼砸入地底，從地網向下深度不淺于1.5米，使得接地電阻小于4歐姆。視頻監視子系統由于視頻點是在閘門點的基礎上選點進行監視，因此，現場無任何監視設備。本次工程是給視頻監視點配置嵌入式DVR、攝像機、防雷設備等。視頻監視系統的建設主要是為了加強遠程控制運行安全。因此視頻監視主要是針對閘門、啟閉比較頻繁、對下游調水和安全起重要作用的閘門。定時拍照點事在水雨情遙測站點的基礎上選點監視，因此，現場同水雨情遙測站點，基本無任何設備，本次工程在水雨情遙測站點的基礎上增加一臺半球攝像機，通過水雨情系統的遙測終端機及通信裝置，定時利用TD-SCDMA信號發送到信息中心。視頻監視點的視頻圖像的傳輸流向如圖8-19。GPRSGPRS定時拍照監視點信息中心功能與性能系統功能系統由前端攝象機及輔助設備、通訊設備、視頻工作端組成。系統結構見圖8-20。信息分中心信息分中心本地顯示嵌入式DVS信息分中心傳輸網絡攝像機工作站工作站監視計算機工作站工作站監視計算機視頻服務器信息中心圖8-20視頻監視系統結構（1）視頻監視現場攝像頭對外界圖象光電轉換后按一定規則處理信號，該信號即為標準的視頻信號，可以發送到電視機等監視器上解碼恢復成圖象，達到視頻監視目地。（2）遠程監視局域網上的某臺注意可以連接到同一網絡上的視頻服務器或硬盤錄像機，視頻圖象數據經過編碼壓縮后傳輸到這臺主機，在本機上通過一定的軟件（可用MicrosoftIE瀏覽器）將圖象視頻數據流解碼、組裝、恢復成視頻畫面，在本地監視器上顯示出來。視頻圖像能在信息中心大電視墻上顯示。（3）遠程控制在遠程監視主機或是監視工作站上可以通過網絡控制攝像機，進行拍照。（4）參數設置可以設置畫面大小、壓縮碼率、通信參數、用戶參數、報警參數、錄像方式、錄像時間等。系統主要性能視頻監視系統需要滿足視頻監視需求，必須達到一定的技術指標，以保證系統的可靠性、穩定性、實時性。（1）圖象壓縮編碼H.264方式；（2）圖象遠程實施傳輸，帶寬512K/S；（3）畫面達到2048×1536像素；（5）監視測點工作狀態；（6）監視水位；（7）在中心管理所（站）監視設備上監視現場的圖像；（8）視頻圖像循環存儲，圖象存儲時間不低于1周；（9）用戶根據權限對監視點進行監視、控制；（10）圖像格式為CIF，傳輸速率不少于25幀/秒；（11）多路圖像可同時分屏多畫面顯示、單獨滿屏顯示或主次圖像分屏多畫面顯示；（12）系統MTBF≥20000H；（13）系統MTTR≤72小時；（14）通信誤碼率≤10－10；（15）工作環境溫度－5℃～＋50℃，濕度≤90％無凝結；（16）防護等級IP65；框架結構本系統由前端攝象機及輔助設備、視頻處理設備、傳輸網絡設備監視工作站、信息中心視頻服務器組成。系統信息流程如圖8-21。控制信息控制信息視頻流模擬信號控制信息攝像機中心管理站視頻工作站監視軟件中心服務器圖8-