饶平县高堂水闸管理信息系统设计

1项目背景

高堂水闸位于黄冈河流域中下游一饶平县高堂镇军寨村。黄冈河流域上游为汤溪水库,中游为汤溪水库大坝以下、高堂水闸闸址以上,下游为高堂水闸闸址以下、东溪水闸以上。

重建水闸包括拦河闸和进水闸两部分。拦河闸设10个闸孔,孔口净宽为12.5m。拦河闸工作闸门平时关闭蓄水,超过正常蓄水位开启泄洪。进水闸设置1孔,防洪并兼顾调节流量,超过正常蓄水位下闸。根据下游用水需要调节流量,并保证下游渠道安全。

2建设目标

根据饶平县高堂水闸重建工程建设实际情况,建成以信息共享为基础、以稳定高效的远方综合指挥管理为目的的网络管理信息系统。同时,为水闸运行调度创造条件,以实现工程信息自动化及各项业务信息化,并全面提升工程效率。

3管理信息系统结构

本次网络管理信息系统包含以下子系统:计算机网络子系统、自动化控制子系统、水情自动测报子系统、视频监控子系统、水闸安全自动监测子系统、语音通信子系统等。整个系统采用模块化、层次化结构,分为核心层和现地层两个层面,为管理人员提供1000M快速以太网交换功能,核心层与现地层间为光缆通信。

核心层设置闸门工作站、视频工作站、安全监测工作站、数据服务器、交换机、网络安全管理设备、不间断电源、NVR、打印机等设备,可实时监控分析及记录水闸等现地设备的信息。

现地层主要由闸门现地集中控制柜、监控摄像头、安全监测仪器等设备组成,分别部署在水闸上下游、闸室以及其他重要位置,通过有线方式(90m以内采用超六类网线通信,90m以上采用光缆通信)实时传输数据。

3.1计算机网络子系统

高堂水闸管理处设置信息中心,采用开放式、分层分布式计算机监控系统,以"无人值班,少人值守"为基本原则,按安全可靠、经济合理、技术先进进行设计和建设。在管理信息中心配置各类管理员工作站,分别对实时采集和接收的闸门、视频、水工安全监测等信息进行监视、分析、记录以及上传。

本系统配置2套不间断电源设备,为系统设备提供可靠的备用工作电源,分别为:在管理信息中心部署1套10kVA不间断电源,用作管理信息中心工作站等的备用电源:在闸门现地集中控制柜设置1套3kVA不间断电源,用作现地控制柜等设备的备用电源。

3.2闸门自动控制子系统

闸门控制系统具备闸门启闭机设备远程和现地控制、开度监视等功能,可在管理信息中心以及拦河闸现地实现各闸门全开、全关以及停机操作。控制子系统通过计算机网络子系统连接管理信息中心控制室上位机与拦河闸工作闸门和进水闸闸门现地控制设备,可分为核心层及现地层。

3.2.1核心层

核心层位于高堂水闸管理信息中心,负责本工程拦河闸、进水闸的远程控制和监视,并对历史数据进行处理,包括运行报表、设备档案、运行参数等。核心层设备与现地层设备之间采用超六类网线及光缆通信,通过星形以太网进行数据传输,传输速率为1000Mb/s。

3.2.2现地层

现地层设备主要位于水闸闸室内,负责对现地液压控制柜的集中监控,并实现水闸现场数据的上传和中控层命令的下达。

现地集中控制柜设置在1#、2#闸门闸室。现地集中控制柜设有以太网模块,连接12口100M交换机,实现对现地液压控制柜的集中监控,水闸现场数据的上传以及中控层命令的下达。液压闸门控制柜通过双绞线/光缆(进水闸和9#、10#液压闸门控制柜离现地集中控制柜较远,故采用光缆传输数据,其他液压闸门控制柜则比较近,故采用超六类网线连接至现地交换机),与水闸集中控制柜组成现地局域网。

3.3水情自动测报子系统

水情自动测报系统主要负责水位等信息的接收、处理、转换和存储。各测站信息经接收处理后,分类存入各类数据库中,以供管理信息系统使用。

水情自动测报系统包括遥测点和中心站。水位测点分别由1套水位计数据传感器和1套数据遥测终端机(RTU)组成,共2个水位测点,分别监测水闸闸前及闸后水位:管理信息中心配置1套水情工作站。

3.4视频监控子系统

视频监控系统采用网络传输,在管理信息中心设监控工作站及监控大屏,各视频监控点设备通过光缆、六类网线接入信息中心交换机,通过视频管理服务器(NVR)及监控大屏存储和查看视频信息。

工程视频监控系统监控范围包括水闸闸门、上下游水位、水闸管理处等。根据现场实际,监控摄像前端设备采用高清透雾低照度日夜型摄像机、一体化全向摄像机,在高堂水闸及管理信息中心共设置16套摄像机,在管理信息中心等重要区域增设人脸识别摄像机。

视频监控后台设备部署于管理信息中心控制室,主要设备有1台视频工作站、1套视频管理服务器(NVR)、1套控制键盘、1台55"LCD显示屏等(图1),可在显示屏上实时查看现场情况,并控制相应前端摄像头。

3.5水闸安全自动监测子系统

为适应新时代水利建设和管理的需要,以水利数字化、网络化、智能化驱动水利现代化,全面提升感知、分析、预测和风险防范能力,水闸安全自动监测系统包括以下功能:数据自动采集、储存和传输,数据处理、分析及报警等。

根据本工程水闸安全监测的需求,在拦河闸设置3个监测断面,设置1套16路监测数据测量控制单元(MCU),装设相关监测项目的测量接入模块,渗压计信号全部接入MCU实现自动化监测:在进水闸设置2个监测断面,设置1套16路监测数据测量控制单元(MCU),装设相关监测项目的测量接入模块,渗压计信号全部接入MCU实现自动化监测。

3.6语音通信子系统

高堂水闸工程语音通信系统主要包括生产调度通信系统、行政通信系统和对外的通信接口。本工程在水闸管理处设1台语音通信程控交换机以实现水闸的语音通信。其中,生产调度配置10台语音电话,分别部署于水闸管理处以及各闸室:行政通信配置12台语音电话,分别部署于水闸管理处以及各闸室:另外,考虑本工程闸门的运行及维护,配置2对无线对讲机:对外通信通过公网电话实现。

4结语

高堂水闸管理信息系统围绕机电设备在线监测、水工安全监测、视频监控信息、水情信息监测等多个方面,利用物联网技术,全面感知水闸运行的各种要素,实现对水闸运行的实时监管,同时积累大量数据,为水闸数据分析提供数据支撑,为全面提高饶平县黄冈河流域整体防汛的联合调度水平提供了技术支持,将提升日常管理办公的信息化水平,对推进黄冈河流域生态环境保护和防汛抗旱工作具有非常重要的意义。