【正文】 黃河涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量控制魏開松1，黃波2，端木凌云2（ ）摘 要：新時期黃河治理開發(fā)的標(biāo)志是：“堤防不決口、河道不斷流、污染不超標(biāo)，河床不抬高”，根據(jù)新時期的治水思路，提出了建設(shè)好“三條黃河”（即“原型黃河”、“數(shù)字黃河”、“模型黃河”）的現(xiàn)代治黃理念。利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)對引黃涵閘進(jìn)行技術(shù)改造，實現(xiàn)引黃涵閘的遠(yuǎn)程監(jiān)控，黃河水量統(tǒng)一調(diào)度和水資源優(yōu)化配置是“數(shù)字黃河”的重要組成部分。關(guān)鍵詞：黃河；涵閘。 遠(yuǎn)程監(jiān)控。 系統(tǒng)質(zhì)量控制1前言 由于黃河引黃涵閘分布在黃河下游的沿黃各地，地域空間跨度大，工程條件差，系統(tǒng)組成復(fù)雜，管理極為不便。利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)對引黃涵閘進(jìn)行技術(shù)改造，實現(xiàn)引黃涵閘的遠(yuǎn)程監(jiān)控，即現(xiàn)地測控、視頻監(jiān)控?，F(xiàn)地測控系統(tǒng)是引黃涵閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，所有遠(yuǎn)程監(jiān)控信息采集、傳輸及響應(yīng)均以現(xiàn)地測控系統(tǒng)為基礎(chǔ)。通過視頻接入終端和控制解碼器，可對攝像機(jī)云臺的轉(zhuǎn)動、鏡頭的變焦、變倍、變光圈及刮雨器進(jìn)行控制。所有圖像通過視頻接入終端壓縮后通過網(wǎng)絡(luò)通信傳送到閘管所，以便進(jìn)行現(xiàn)場管理和控制，同時這些圖像經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)和無線通信傳送到黃河水量調(diào)度管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上，供各級水調(diào)中心調(diào)用。為保證各級監(jiān)控終端上同時顯示三幅圖像的連貫性、實時性要求，現(xiàn)場視頻接入終端和網(wǎng)絡(luò)帶寬要求的設(shè)置中，設(shè)備采用了速率自適應(yīng)功能，能夠在網(wǎng)絡(luò)傳輸通道得改善時，自動將圖像的傳輸調(diào)整到最佳狀態(tài)。涵閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)具備如下功能：⑴閘前、閘后水情及環(huán)境狀況、閘室的環(huán)境狀況的視頻采集。通過視頻接入終端將攝像機(jī)采集的視頻信號數(shù)字化并壓縮處理。⑵將壓縮數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送給閘管所，以便進(jìn)行現(xiàn)地管理和控制，同時這些數(shù)據(jù)通過無線通信傳送到各級監(jiān)控中心，接收遠(yuǎn)程控制指令，根據(jù)指令要求自動切換視頻源或?qū)υ婆_和攝像機(jī)等設(shè)備進(jìn)行控制。⑶通過控制攝像機(jī)轉(zhuǎn)動的角度和焦距的調(diào)整實現(xiàn)對涵閘的實時圖像監(jiān)視。本系統(tǒng)包括：現(xiàn)地測控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閘管所監(jiān)控站、系統(tǒng)電源、網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖為：系統(tǒng)主要功能如下：⑴ 實現(xiàn)涵閘啟閉機(jī)的實時控制及啟閉狀態(tài)監(jiān)測；⑵ 實現(xiàn)涵閘閘前、閘后水位及閘室內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)測；⑶ 實現(xiàn)閘前、閘后、閘室及周邊環(huán)境的現(xiàn)地和遠(yuǎn)方監(jiān)視；⑷ 實現(xiàn)啟閉機(jī)的限位、過載等安全保護(hù)。⑸ 實現(xiàn)閘室與閘管所、省局、黃委的語音通訊功能。3系統(tǒng)質(zhì)量控制遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)質(zhì)量控制主要包括：系統(tǒng)實時性的質(zhì)量控制；系統(tǒng)可靠性的質(zhì)量控制；系統(tǒng)可維護(hù)性的質(zhì)量控制；系統(tǒng)可用率的質(zhì)量控制；系統(tǒng)CPU負(fù)載率的質(zhì)量控制；系統(tǒng)安全性的質(zhì)量控制；系統(tǒng)可擴(kuò)性的質(zhì)量控制；系統(tǒng)軟件的質(zhì)量控制。 實時性監(jiān)控系統(tǒng)滿足數(shù)據(jù)采集、人機(jī)通信、控制功能和系統(tǒng)通信的時間要求。⑴數(shù)字量采集周期：＜1s。⑵模擬量采集周期：電量＜2s，非電量＜10s。⑶事件順序記錄分辨率：≤5ms。⑷實時數(shù)據(jù)庫更新周期：＜2s。⑸控制命令響應(yīng)時間：控制命令回答響應(yīng)時間＜1s；接受執(zhí)行命令到執(zhí)行控制的響應(yīng)時間＜1s。⑹人機(jī)通信響應(yīng)時間：運(yùn)行人員發(fā)出一個新的圖像調(diào)用命令開始到100%畫面顯示在顯示器上為止的響應(yīng)時間不超過2s；在已顯示畫面上動態(tài)數(shù)據(jù)更新周期不超過2s。 可靠性控制系統(tǒng)及其設(shè)備能夠適應(yīng)本工程的工作環(huán)境，具有足夠高的抗干擾性能，能長期可靠地穩(wěn)定運(yùn)行。本系統(tǒng)設(shè)備的MTBF參數(shù)如下：（為設(shè)備投運(yùn)后時間）閘管所監(jiān)控計算機(jī)（含硬盤）＞16000h現(xiàn)地監(jiān)控設(shè)備PLC＞30000h 可維護(hù)性系統(tǒng)的硬件和軟件便于維護(hù)、測試和檢修。⑴ 設(shè)備具有自診斷功能。⑵ 有便于試驗和隔離故障的斷開點。⑶ 配備合適的專用安裝插卸工具。⑷ 預(yù)防性維護(hù)使磨損性故障盡量減少。⑸ 互換件和不可互換件可保證識別。⑹ 可提高硬件的代換能力。⑺ 軟件可方便的進(jìn)行修改和增加。⑻ 平均故障修復(fù)時間（MTTR）：診斷（或檢查）及更換故障插板時間在30分鐘以內(nèi)。 可用率系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)采用高可靠性元件，實時操作系統(tǒng)應(yīng)具有實際運(yùn)行經(jīng)驗，軟件實用，能達(dá)到較高的系統(tǒng)可用率。在系統(tǒng)試運(yùn)行及設(shè)備驗收后的一年保證期內(nèi)故障時間不超過可使用時間的1%。 CPU負(fù)載率監(jiān)控計算機(jī)的處理能力留有充分的裕度，能力儲備在50%以上，PLC的CPU能力儲備在20%以上。 系統(tǒng)安全系統(tǒng)在操作、通信、硬件、軟件和固件確保安全，具體措施如下：⑴ 對本系統(tǒng)各項功能和每一次操作提供檢查和校核，發(fā)現(xiàn)有誤時能報警或撤消。⑵ 當(dāng)操作有誤時，能自動被禁止動作。⑶ 在人機(jī)通信中設(shè)操作員控制權(quán)口令。：⑴ 系統(tǒng)設(shè)計可保證信息傳送中的錯誤不會導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵性故障。⑵ 上級水調(diào)中心與現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)的通信包括控制信息時，對有否響應(yīng)作出明確肯定的指示。當(dāng)通信失敗時，可考慮2～5次重復(fù)通信并報警。⑶ 通道設(shè)備上提供適當(dāng)?shù)臋z查手段，以證實通道正常。、軟件和固件安全性的保證措施：⑴ 有電源故障保護(hù)。⑵ 有自檢能力，檢出故障時能自動顯示報警。⑶ 任何硬件和軟件的故障都不會危及系統(tǒng)的完善和人身的安全。⑷ 系統(tǒng)中任何單個元件的故障不會造成生產(chǎn)設(shè)備的誤動。 可擴(kuò)性為確保將來可能增加監(jiān)控的閘門孔數(shù)、監(jiān)控的內(nèi)容或涵閘擴(kuò)建后監(jiān)控擴(kuò)容，該系統(tǒng)在以下方面具有可擴(kuò)展性：⑴ 備用點不少于使用點設(shè)備的20%。⑵ 監(jiān)控計算機(jī)存儲器容量有40%以上裕度。⑶ 留有擴(kuò)充現(xiàn)地控制單元、外圍設(shè)備或系統(tǒng)通信的接口。⑷ 通道利用率留有足夠裕度，通道利用率小于50%。⑸ 柜內(nèi)應(yīng)留有可擴(kuò)充設(shè)備的空間。 軟件性能該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、支持程序和實用程序、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)接口、通信、應(yīng)用、視頻系統(tǒng)等軟件，各軟件的性能如下：⑴系統(tǒng)資源的管理。⑵具有直接控制輸入和輸出設(shè)備的能力。⑶有效地執(zhí)行高級語言程序。⑷對系統(tǒng)的啟動、終止、監(jiān)視、組態(tài)和其他聯(lián)機(jī)活動有交互式語言命令支持。⑸通過任務(wù)名稱、數(shù)據(jù)名稱和操作符號實現(xiàn)軟件相互連接。⑹為系統(tǒng)生成提供服務(wù)。⑴具有有效的編程軟件，以進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)，編程軟件包括標(biāo)準(zhǔn)的匯編語言、高級語言編譯程序、交互式圖像編譯程序、交互式報告編譯程序和用于PLC編程的梯形圖等。⑵具有容易使用和代碼匯編的連接裝配程序。⑶具有通過終端設(shè)備對應(yīng)用軟件進(jìn)行檢驗和修改的實用程序。⑷具有存儲器轉(zhuǎn)存的實用程序。⑴數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和組織能支持應(yīng)用程序直接迅速存取數(shù)據(jù)及對數(shù)據(jù)的查詢修改和擴(kuò)充。⑵保持應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間的高度獨立性。⑶保持?jǐn)?shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的可靠性，提供數(shù)據(jù)保護(hù)，以防人為或程序造成的不正當(dāng)修改。⑷數(shù)據(jù)庫軟件能對測量值進(jìn)行越復(fù)限處理及定時、定期進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔、檢索。⑸數(shù)據(jù)庫的修改分別以靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)兩種形式由相應(yīng)的編輯程序及其它程序來實現(xiàn)。人機(jī)接口軟件能滿足系統(tǒng)功能要求和操作要求，包括實時畫面顯示與刷新、簡報窗口、操作命令分析與處理、參數(shù)設(shè)定與修改、語音報警、畫面拷貝等。具有有效的編程軟件，以進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)，如各種編程、編譯程序等。通信軟件基于TCP/IP以太網(wǎng)絡(luò)接口，為系統(tǒng)各進(jìn)程間提供網(wǎng)絡(luò)透明的通信服務(wù)，為系統(tǒng)的資源和數(shù)據(jù)共享提供必要的條件和有效的保護(hù)。通信軟件能監(jiān)視通信通道故障，并進(jìn)行故障切除和報警；網(wǎng)絡(luò)通信交換數(shù)據(jù)量及其頻度滿足功能要求和系統(tǒng)性能要求。、維護(hù)設(shè)備。、高可靠性和可維護(hù)性，采用模塊化設(shè)計方法，便于擴(kuò)展和修改。，軟件環(huán)境的設(shè)計使運(yùn)行人員能安全地實現(xiàn)應(yīng)用軟件的補(bǔ)充和修改。在涵閘現(xiàn)地安裝視頻監(jiān)視前端軟件，包括圖像數(shù)據(jù)采集壓縮軟件、系統(tǒng)控制軟件和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸軟件。既可在現(xiàn)場對攝像機(jī)和云臺進(jìn)行控制，又可執(zhí)行上級水調(diào)中心發(fā)出的視頻設(shè)備控制命令。在閘管所監(jiān)控計算機(jī)上裝設(shè)視頻監(jiān)控軟件，該軟件負(fù)責(zé)視頻設(shè)備的管理、圖像監(jiān)控、報警處理、實時控制等功能。4結(jié)語該系統(tǒng)設(shè)計了各級監(jiān)控站的權(quán)限設(shè)置問題，特別是現(xiàn)地啟閉機(jī)運(yùn)行控制及故障保護(hù)功能的設(shè)計，各級監(jiān)控站權(quán)限狀態(tài)的合理設(shè)置，解決了現(xiàn)地與遠(yuǎn)程發(fā)生沖突及出現(xiàn)意外緊