饒平縣高堂水閘管理信息系統(tǒng)設計

1項目背景

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水閘兩部分。攔河閘設10個閘孔,孔口凈寬為12.5m。攔河閘工作閘門平時關閉蓄水,超過正常蓄水位開啟泄洪。進水閘設置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建設目標

根據(jù)饒平縣高堂水閘重建工程建設實際情況,建成以信息共享為基礎、以穩(wěn)定高效的遠方綜合指揮管理為目的的網(wǎng)絡管理信息系統(tǒng)。同時,為水閘運行調(diào)度創(chuàng)造條件,以實現(xiàn)工程信息自動化及各項業(yè)務信息化,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)絡管理信息系統(tǒng)包含以下子系統(tǒng):計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)、自動化控制子系統(tǒng)、水情自動測報子系統(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)服務器、交換機、網(wǎng)絡安全管理設備、不間斷電源、NVR、打印機等設備,可實時監(jiān)控分析及記錄水閘等現(xiàn)地設備的信息。

現(xiàn)地層主要由閘門現(xiàn)地集中控制柜、監(jiān)控攝像頭、安全監(jiān)測儀器等設備組成,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)實時傳輸數(shù)據(jù)。

3.1計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)

高堂水閘管理處設置信息中心,采用開放式、分層分布式計算機監(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)濟合理、技術(shù)先進進行設計和建設。在管理信息中心配置各類管理員工作站,分別對實時采集和接收的閘門、視頻、水工安全監(jiān)測等信息進行監(jiān)視、分析、記錄以及上傳。

本系統(tǒng)配置2套不間斷電源設備,為系統(tǒng)設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)地集中控制柜設置1套3kVA不間斷電源,用作現(xiàn)地控制柜等設備的備用電源。

3.2閘門自動控制子系統(tǒng)

閘門控制系統(tǒng)具備閘門啟閉機設備遠程和現(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)地實現(xiàn)各閘門全開、全關以及停機操作?？刂谱酉到y(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)連接管理信息中心控制室上位機與攔河閘工作閘門和進水閘閘門現(xiàn)地控制設備,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,負責本工程攔河閘、進水閘的遠程控制和監(jiān)視,并對歷史數(shù)據(jù)進行處理,包括運行報表、設備檔案、運行參數(shù)等。核心層設備與現(xiàn)地層設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)地層設備主要位于水閘閘室內(nèi),負責對現(xiàn)地液壓控制柜的集中監(jiān)控,并實現(xiàn)水閘現(xiàn)場數(shù)據(jù)的上傳和中控層命令的下達。

現(xiàn)地集中控制柜設置在1#、2#閘門閘室。現(xiàn)地集中控制柜設有以太網(wǎng)模塊,連接12口100M交換機,實現(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。液壓閘門控制柜通過雙絞線/光纜(進水閘和9#、10#液壓閘門控制柜離現(xiàn)地集中控制柜較遠,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),與水閘集中控制柜組成現(xiàn)地局域網(wǎng)。

3.3水情自動測報子系統(tǒng)

水情自動測報系統(tǒng)主要負責水位等信息的接收、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。

水情自動測報系統(tǒng)包括遙測點和中心站。水位測點分別由1套水位計數(shù)據(jù)傳感器和1套數(shù)據(jù)遙測終端機(RTU)組成,共2個水位測點,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)絡傳輸,在管理信息中心設監(jiān)控工作站及監(jiān)控大屏,各視頻監(jiān)控點設備通過光纜、六類網(wǎng)線接入信息中心交換機,通過視頻管理服務器(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)場實際,監(jiān)控攝像前端設備采用高清透霧低照度日夜型攝像機、一體化全向攝像機,在高堂水閘及管理信息中心共設置16套攝像機,在管理信息中心等重要區(qū)域增設人臉識別攝像機。

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

3.5水閘安全自動監(jiān)測子系統(tǒng)

為適應新時代水利建設和管理的需要,以水利數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化驅(qū)動水利現(xiàn)代化,全面提升感知、分析、預測和風險防范能力,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、分析及報警等。

根據(jù)本工程水閘安全監(jiān)測的需求,在攔河閘設置3個監(jiān)測斷面,設置1套16路監(jiān)測數(shù)據(jù)測量控制單元(MCU),裝設相關監(jiān)測項目的測量接入模塊,滲壓計信號全部接入MCU實現(xiàn)自動化監(jiān)測:在進水閘設置2個監(jiān)測斷面,設置1套16路監(jiān)測數(shù)據(jù)測量控制單元(MCU),裝設相關監(jiān)測項目的測量接入模塊,滲壓計信號全部接入MCU實現(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1臺語音通信程控交換機以實現(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行及維護,配置2對無線對講機:對外通信通過公網(wǎng)電話實現(xiàn)。

4結(jié)語

高堂水閘管理信息系統(tǒng)圍繞機電設備在線監(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),全面感知水閘運行的各種要素,實現(xiàn)對水閘運行的實時監(jiān)管,同時積累大量數(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,對推進黃岡河流域生態(tài)環(huán)境保護和防汛抗旱工作具有非常重要的意義。