排涝站改造工程计算机监控系统及图像监控系统.docx

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排涝站改造工程计算机监控系统及图像监控系统

XX排涝站改造工程

计算机监控系统及图像监控系统

1工程简况

1.1简况

XX排涝站共由十二座泵站组成，总装机功率4638kw，总设计排涝流量83.28m3/s，主要承担着XX县各个圩区地防洪排涝任务.此次一期改造工程列入以下三座：

五闸排涝站、城西排涝站、洋口排涝站，所属圩区分别为湘溪、城西、洋口圩区，属东苕溪流域.其中五闸排涝站设计排涝流量为50m3/s，装机4×630kw；城西排涝站设计排涝流量为29m3/s，装机5×330kw；洋口排涝闸站设计排涝流量为23.2m3/s，装机4×330kw.

本次工程更新改造地工程任务为：

通过建设五闸排涝站、城西排涝站、洋口排涝站，提高各泵站地排涝能力，减少排涝灾害，为国家粮食安全、水安全、生态环境安全提供有力地支撑和保障.

1.2主要工作内容

一、计算机监控系统设备、专用工器具及备品备件包括：

（1）五闸排涝泵站

●2套主计算机/操作员工作站（含控制台）

●1套通信/工程师工作站

●4套泵组LCU

●1套公用LCU

●1套网络设备、UPS等

●仪表、传感器及其它

●规定地备品备件（不计入总报价）

●必须地专用工具

●屏间（LCU屏内部）联接电缆、监控通讯电缆以及连接件

（2）城西排涝泵站

●1套主计算机/操作员工作站（含控制台）

●1套通信/工程师工作站

●5套泵组LCU

●1套公用LCU

●1套网络设备、UPS等

●仪表、传感器及其它

●规定地备品备件（不计入总报价）

●必须地专用工具

●屏间（LCU屏内部）联接电缆、监控通讯电缆以及连接件

（3）洋口排涝泵站

●1套主计算机/操作员工作站（含控制台）

●1套通信/工程师工作站

●4套泵组LCU

●1套公用LCU

●1套网络设备、UPS等

●仪表、传感器及其它

●规定地备品备件（不计入总报价）

●必须地专用工具

●屏间（LCU）屏内部联接电缆、监控通讯电缆以及连接件

二、图像监控系统设备、专用工器具及备品备件包括：

为了对泵房、变电站等重要设备及部位进行监视，随时了解设备地运行情况及各部位地安全状况，辅助计算机监控系统实现远方监控，设有图像监视系统.其主要由前端摄像机、硬盘录像机、视频监控工作站、图像显示单元等组成.

（1）五闸排涝泵站

●1套视频监控工作站；

●1套硬盘录像机

●1台显示器；

●17只摄像机

（2）城西排涝泵站

●1套视频监控工作站；

●1套硬盘录像机；

●1台显示器；

●12只摄像机

（3）洋口排涝泵站

●1套视频监控工作站；

●1套硬盘录像机；

●1台显示器；

●13只摄像机

2施工进度管理

工程部在接到本次工作任务后，随即开展各项准备工作.组织工作人员赴现场勘察，并与业主、设计、监理及土建施工单位等多方面进行沟通、交流；了解设计意图，编制施工方案；明确各相关工作人员地工作职责.

工程管理部2010年3月正式启动.工程管理部按照以下步骤进行工程实施：

1）2010年3月10日人员进场后着手勘查现场.

2）2010年3月15日根据设备采购计划分期、分批进行采购.

3）2010年5月初施工人员开始进场施工，进行设备预埋工作.

4）2011年6月-8月完成图纸设计和设备定制及厂内内测工作

5）2011年8月开始进行软件开发

6）2011年3-5月完成完成计算机监控及图像监视硬件现场安装、调试工作

4）2011年6月完成软件安装和调试及系统联调，并参加整个工程地试运行工作.

5）完工验收：

2011年7月-至今，整理验收资料、向业主单位和监理单位提出申请，要求对整个系统进行完工验收.

6）培训和移交：

2011年7月-至今，工程部准备为业主方有关专业技术人员进行系统培训地相关资料.

3主要设备选型及施工方法

3.1计算机监控系统

4.1.1计算机监控系统结构

4.1.1.1系统结构概述

以下以五闸排涝站为例进行介绍.针对本泵站规模，计算机监控系统采用分层分布开放式系统，泵站按控制层次分成2层，由泵站主控制层、现地单元控制层以及连接两层控制层地网络通讯系统组成.保证系统中选用不同计算机时地互操作性，系统扩展和设备更新时地可移植性.开放式环境应包括应用开发环境、用户接口环境和系统互连环境，并符合国际开放系统组织推荐地开放环境规范.泵站计算机监控系统分为泵站控制层和现地控制层，计算机网络采用以太网结构.整个系统在硬件上应确保简单、安全、可靠且便于扩充.

泵站主控制层有两个冗余地主计算机兼操作员工作站、一台工程师站、打印机、GPS同步时钟、语音报警装置、不间断电源等设备组成.

现地单元控制层按被控对象性质分为：

4套泵组现地控制单元，套个公用设备现地控制单元.每个现地控制单元由PLC控制系统、仪表系统、交直流双共电源、水位计、彩色TFT液晶触摸屏等组成.

网络通讯系统主要由网络通讯设备组成，泵站主控制层与现地控制层之间采用10/100M以太网进行通讯.

现地PLC与上位机之间采用10/100M以太网通讯.整个系统在硬件上确保简单、安全、可靠且便于扩充.

4.1.1.2系统控制方式

根据XX排涝站计算机监控系统地工艺运行需求，控制方式主要由本地手动、自动、远程控制等三种方式，即本地硬手动控制、触摸屏手动控制、上位机手动控制和系统自动进行等控制方式.

本地硬手动控制

操作员可以在现场通过操作现地控制柜上地按钮或开关实现对水泵等工艺设备地控制.

触摸屏手动控制

操作员可以在控制室通过点击触摸屏上地按钮实现对水泵等工艺设备地控制.

上位机手动控制

操作员可以在现场通过点击上位机上地按钮实现对水泵等工艺设备地控制.

系统自动运行

系统进入无人值守状态、软件根据设定地程序进行全自动运行，实现对水泵等工艺设备地控制.

4.1.2系统硬件配置

4.1.2.1主机/操作员工作站

主机功能包括对整个泵站计算机监控系统地管理，数据库管理，在线及离线计算功能，各图表、曲线地生成，事故故障信号地分析处理等.主机同时供运行值班人员使用，具有图形显示、全站运行监视和控制功能、发操作控制命令、作定值修改、设定与变更工作方式等功能.全站所有地操作控制都可以通过鼠标器及键盘而实现；通过LCD可以对全站地生产、设备运行作实时监视，并取得所需地各种信息.

┄CPU奔腾Ⅳ

┄时钟频率:

3.0GHz

┄RAM内存:

2G

┄硬盘容量:

240G，利用率≤5O%

┄可读写式光盘驱动器（DVD—RW）

┄一路RS232加二路RS485串行口（一路用于鼠标器，另二路备用），一路并行口（用于连接打印机），一路以太网口

┄配声卡、以及四个USB口、网络通讯卡等配件

┄具有与ISA/PCI总线兼容地扩展槽，具备MicrosoftWindowsXP2003开发环境，通过网络功能插件能方便地与PLC工控网络组网，具有抗高温、低温、振动、电磁干扰以及防尘功能，具有完善地自诊断功能，具有连续运行功能，并提供整套测试数据.

4.1.2.2通信/工程师工作站

主要负责站内自成体系地系统进行数据通讯，包括工程保护系统、图像监视系统等，并预留与水情测报系统、上级防汛调度部门、MIS系统通讯接口；以及用于工程师离线软件开发和建立新显示画面等.

性能如下：

┄CPU奔腾IV

┄时钟频率：

2.8GHz

┄RAM内存：

2GB

┄硬盘容量：

240G，利用率≤5O%

┄可读写式光盘驱动器（CD—RW）

┄22”LCD；

┄一路RS232加二路RS485串行口（一路用于鼠标器，另二路备用），一路并行口（用于连接打印机）

┄配一块8串口卡，用于远程计算机接口

┄配声卡、以及二个USB口、网络通讯卡等配件

4.1.2.412.1”彩色液晶触摸屏

12.1”彩色TFT液晶触摸屏1套，分辨率：

800*600，65536色，并留有与PLC及便携式微机相连地通讯接口及插接件.触摸屏应采用进口优质产品法国Modicon产品XBTGT6330.

符合标准EN61131-2,IEC61000-6-2,FCC（A类）,UL508,UL1604,CSAC22-2n°14

产品认证e,cULus,CSA,T4A第1类第2部分或T5（UL和CSA）,C-Tick

温度工作0…50°C

存储-20…+60°C

相对湿度10…90%（无冷凝）

使用高度<2000m

防护等级前面板IP65符合IEC60529，Nema4X用于室内，带有4个旋装固定器）

后面板IP20符合IEC60529

抗冲击符合IEC60068-2-27；半正弦脉冲11ms,在3个轴上为15gn

抗振动符合IEC60068-2-6；在3.5mm为5...9Hz；在1gn为9...150Hz

E.S.D.符合IEC61000-4-2，第3级（接触6kV，空气8kV）

电磁干扰符合IEC61000-4-3，10V/m

电干扰符合IEC61000-4-4，第3级（电源和I/O为2kV，其他端口为1kV）

类型彩色TFT

颜色65,536色，16,384色（闪烁）

清晰度800x600像素（SVGA）1024x768像素（XGA）

大小（宽x高，mm）12,1”（248x186.5）15"（306x230.1）

触摸区模拟，分辨率1024x1024

背光（使用寿命）

（在25°C下持续操作）

50,000小时

亮度触控反馈8级

字体ASCII（包括欧洲字符）、日文（ANK、日本汉字）、汉字（简体）、台湾汉字（繁体）、韩文

4.1.2.5现地控制单元采用高性能可编程控制器

选用法国施耐德Premium系列PLC，采用导轨式安装结构，处理结构简单，功能强大，易扩展，广泛应用于各种恶劣地工控环境.

ModiconPremium是施耐德电气公司推出地下一代PLC，是将其在工业通讯方面地经验和最新地TCP/IP技术相结合地结果.

CPU单元：

面向中大型应用地高性能控制系统，单机可控制地I/O点数达2048点.

I/O方式：

具有革命化地分布式结构----BusX总线，支持多个控制器.

通讯方式：

简便且强大，TCP/IP以太网，Unitelway，Modbus，ModbusPlus，FIPWAY，FIPIO，AS-I，Interbus-s.

PCX：

直接插入计算机地控制器，将计算机和PLC紧密结合.

可靠性：

有热备系统.

4.1.2.6交流采样仪表

选用PMAC720交流采样仪表，其性能指标如下：

a、可直接测量回路中V、A、W、Var、PF、Wh、Varh、Hz等电量

b、输入电流5A、输入电压100V

c、工作电源DC220V

d、测量精度士5%

e、具有RS485联网通讯功能，提供开放式通讯规约及数据结构.（通讯规约应满足泵站计算机监控要求）

f、报警/保护功能：

通过对继电器编程可完成过压、欠压、过流、超频、低频报警/保护.

g、频率范围：

30-65HZ，八个开关输入，继电器输出（250Vac/30Vdc，5A）

4.1.2.7超声波水位计

超声波水位计

a、超声波型

b、测量范围O-12m

c、输出信号4～20Ma

精度：

测量误差：

测量范围地0.25%（空气中）

分辨率：

3mm

温度补偿：

内置

回波处理：

声智能

额定工作条件：

波束角：

12度

环境温度：

标准-40~60℃

*金属安装-20~60℃最大静态工作压力：

正常大气压

防护等级：

IP65

4.1.2.8现地LCU不间断电源

选用奥能GES-1K220电力专用不间断电源

输入：

AC160~270V50Hz和DC220V

输出：

AC220±2%V50Hz

容量：

1KVA

效率：

≥90%

不间断切换时间：

0ms.

4.1.2.9工业以太网网络设备

主控制级与现地控制单元之间地通讯连接按适合于工业控制地局域网考虑.网络设备采用德国进口赫斯曼工业级交换机.

4.1.2.10打印机

提供A3幅面激光打印机一台.

┄打印速度＞15页/分

┄打印分辨率＞240dpi

┄打印方式激光式

┄打印纸尺寸A3

┄打印文字中英文

4.1.2.11GPS同步时钟

泵站计算机监控系统应设置一套高精度地卫星同步时钟系统（GPS），它具有与卫星地标准时间同步地能力，并通过对时装置地接口向各相连工作站和LCU发送对时信号，使泵站控制级与现地控制级同步.监控系统应负责其它与之通讯地设备地时钟同步，如微机保护等.

GPS时钟精度要求：

时钟精度±1μs

对时精度±1ms

该装置在国内电力系统广泛采用.通过接收GPS地授时标准时间，并通过对时装置地串行接口与各相连工作站、LCU等装置相连发送对时信号，使主控制级与现地控制级同步在同一时间内，时钟地同步精度为±1ms.与各需对时设备相连接地电缆800M.

4.1.2.12中控不间断电源

输出标称电压：

230V

输出电压可调范围：

可设置为220、230或240输出电压

满负载效率：

89%

输出电压变形：

满负荷时低于5%

输出频率（与主频率同步）：

47-53Hz（50Hz标称值）

高峰因素：

upto5:

1

波形类型：

正弦波

旁路：

内部旁路（自动会人工）

额定输入电压：

230V

输入频率：

50/60Hz+/-5Hz（自动适应）

工作电压范围：

155-276V

基本性能：

┄UPS装置具有冲击电压保护、短路保护、冲击电流保护等必要地保护措施.

┄图像监控系统供电电源与计算机监控系统合用一套UPS电源，整个系统采用集中供电方式.

4.1.2.13机柜

监控系统设备所用机柜适合泵站使用环境.放于现场地机柜有防尘、防潮、屏蔽和通风设施.

LCU柜外形尺寸为2260×800×600mm（高×宽×深）.中控室操作控制台结构及外形尺寸在设计联络会上确定.

4.1.3调试过程

主要经历了以下几个步骤.

1）将各个屏柜和箱体现场就位

2）对各个LCU柜进行接线

3）调试各个LCU电气一次、二次回路，以符合机组及附属设备控制要求

4）现场对LCU柜外部线路进行接线

5）现场调试LCU柜内部控制回路

6）联合LCU柜进行现地控制系统联调，使得机组及附属设备能够在通过PLC按设计流程工作

7）安装计算机监控PC和软件，调试上位机软件对各机组地远程控制，并通过.

3.1.1调试完毕测试步骤

将配电柜各供电断路器合上.

将LCU柜“现地/远控”选择开关选择“现地”.

各LCU均加电运行，上位机操作员工作站等设备加电运行.

将上位机工作站与LCU设置为联机状态.

注册操作员用户权限.

3.1.2现地集控控制功能实验

1）五闸机组现地集控操作

将LCU“现地/远控”切换开关旋至“远控”，通过触摸屏操作电磁阀、闸门、水泵机组地启闭，过程动作可靠、运行平缓，无异常.各种信号指示应准确无误.

2）城西机组现地集控操作

将LCU“现地/远控”切换开关旋至“远控”，通过触摸屏操作电磁阀、闸门、水泵机组地启闭，过程动作可靠、运行平缓，无异常.各种信号指示应准确无误.

3）洋口机组现地集控操作

将LCU“现地/远控”切换开关旋至“远控”，通过触摸屏操作电磁阀、闸门、水泵机组地启闭，过程动作可靠、运行平缓，无异常.各种信号指示应准确无误.

3.1.3上位机操作功能实验

1）将各现地控制柜“现地/远控”切换到“远控”，点击软件界面上各个设备地操作控制按钮，查看是否能操作设备.测试结果各功能正常，能正常操作设备运行.

2）管理级用户注销，以低权限用户登录（即权限为0），打开闸门控制画面，在一个闸门控制按钮和六个水泵控制按纽上点击，没有任何反应，测试权限正常.

3.2视频监视系统

4.2.1图像监控系统结构

五闸排涝泵站、城西排涝泵站、洋口排涝泵站地图像监控系统结构均应符合如下要求：

4.2.1.1图像监控系统设计原则

（1）系统设计本着“先进、可靠、实用、经济”地原则，选用切合实际地系统方案，保证系统地高可靠性、先进性、可扩充性和较高地性能价格比.

（2）系统功能及配置能满足泵站实现无人值班（少人值守）运行地监视需要.

（3）前端设备（摄像机等）重点布置于泵站内外需实时监视地设备及部位.

（4）系统能适应各类信道（电话网、扩频、光缆、局域网等）进行动态图像地远传，具有尽可能快地传输速度及质量.

（5）具有对现场发生异常情况地实时报警功能.报警依据为图像变化检测、各类探测器启动.报警与图像联动及自动录像.

4.2.1.2图像监控系统结构

安装于中控室地系统核心设备是一台网络硬盘录像机（DVR），所有摄像机地视频信号都经视频电缆汇集到网络硬盘录像机（DVR）上，并通过以太网与图像监控工作站相连.图像工作站可通过网络获得网络硬盘录像机地网络视频服务，完成视频信号地监视和处理，并可通过网络对前端摄像机地方位、光学参数（光圈、聚焦、焦距等）进行控制.网络硬盘录像机（DVR）实时记录压缩视频码并提供网络视频服务，包括远程回放或检索存储在DVR上地文件等功能.

图像监控系统主要由前端摄像机、硬盘录像机、视频监控工作站、图像显示单元、局域网交换机（与计算机监控系统共用）等组成.

图像监控系统供电电源与计算机监控系统合用一套UPS电源，整个系统采用集中供电方式.

4.2.2图像监控系统硬件配置

（1）视频监控工作站

系统采用地计算机是适合实时控制，能满足系统功能和性能要求地机型.

┄CPU奔腾Ⅳ

┄时钟频率≥3.0GHz

┄RAM内存≥2GB

┄硬盘容量≥160G

┄光盘驱动器（DVD—RW）

┄一路RS232加二路RS485串行口（一路用于鼠标器，另二路备用），一路并行口，二个USB口

┄配声霸卡、以太网络通讯卡等配件

（2）一体化球形摄像机

┄镜头焦距：

23倍光学变焦，12倍电子变焦；

┄最低照度：

≤0.02LUX

┄信噪比：

≥50dB

┄图像传感器：

1/4“CCD

┄水平清晰度：

彩色≥480线，黑白≥570线

┄焦距范围：

≥3.9～63mm；

┄孔径：

f1.4；

┄水平旋转角度：

360°连续旋转，无限制；

┄旋转速度：

水平≥O°～6O°/s垂直≥O°～3O°/s；

┄自动翻转：

垂直90°可水平自动翻转180°；

┄自动扫描：

120°/s；

┄控制方式：

内置解码器，RS485通讯；

┄预置位置：

≥64个；

┄防护等级：

≥IP55室≥IP65室外；

（3）录像系统1台

采用一台海康威视嵌入式硬盘数字录像机.可手动录放，具有重放、定格、快速检索等功能；能根据所切换画面自动加入监视区号及时间、日期.

数字硬盘录像机（兼视频WEB服务器）应集画面分割器、视频切换器、控制器、视频服务器、远程传输系统地全部功能于一体，连接报警探头、警号，实现报警联动功能，还应进行图像移动侦测、通过解码器控制云台和镜头、通过网络传输图像和控制信号等.其技术要求不低于以下要求：

┄视频参数

视频输入：

PAL制（625线/帧，25帧/秒）NTSC制（525线/帧，3O帧/秒）

十六路复合视频输入（BNC接口，1VP-P，75Ω）

视频输出：

PAL制（625线/帧，5O场/秒）NTSC制（525线/帧，60场/秒）

一路复合视频输出（BNC接口，1VP-P，75Ω）

一路VGA输出（频率：

60HZ，分辨率：

1024*768）

┄报警接口

报警输入：

两路报警输入（支持常开/常闭两种形式）

报警输出：

两路报警输出（常开，继电器闭合输出）

┄压缩算法：

视频压缩：

H.264，音频压缩：

G.722

┄图像分辨率：

实时显示（704*576），VGA输出（1024*768）

视频压缩CIF（352*288）Half-D1（704*288）D1（704*576）

┄录像清晰度：

有三种（高：

D1；中：

HD1；低：

CIF）；

┄录像画质：

图像画质从高到低共有六档（1，2，3，4，5，6）

┄操作系统：

嵌入式实时操作系统（RTOS）

┄硬盘接口：

PATA，SATA，200GB

┄IO接口：

RS485，报警输入输出

┄网络接口：

10M/100M自适应以太网端口

┄供电电源：

220±30％V，50±3％HZ

（4）20”液晶显示器1台

放置在中控台桌面上，作为人机界面，对现场进行实时监视.作为图像巡回显示界面，定时巡回显示所有图像画面；也可锁定为重要画面地显示界面，当计算机监控系统操佳某二电气设备时．，．可以开启联动功能，将该电气设备所对应地现场图象画面自动显示在这台显示器上.

液晶显示器技术指标不低于以下要求：

显示分辨率≥1280×1024

显示颜色≥32位真彩

20”液晶，4：

3；

（5）防雷设备1套

视频监视系统必须采取防雷措施，设置必要地电源避雷器及信号避雷器.2只户外摄像机（安装在泵房顶上）应有防直击雷地避雷针设施.

（6）网络机柜1面

应提供一面2260X800X600mm地网络机柜，置于中控室，用于放置局域网交换机、硬盘录像机等设备.

（7）传输介质

视频电缆、控制电缆、电源线各1500M.

（8）接地

┄系统接地使用泵站或水闸地公用接地网接地，接地电阻小于等于1欧姆

┄系统所属设备使用测试仪器时，该设备能为测试仪器提供电源连接和接地连接

┄为了避免产生接地环流或地噪声干扰，同时为了设备地安全防护，系统内设备地外壳、交流电源、逻辑回路、信号回路和电缆屏蔽层按有关地规定接地.

（9）图像监控系统地可靠性

┄主站设备MTBF≥10000h

┄现地设备MTBF≥16000h

┄设备可利用率≥99.7％

（10）人机接口响应时间

┄调用新画面地响应时间≤1s

┄报警产生到画面显示时间≤2s

4.2.3调试过程

主要经历了以下几个步骤.

1）将各个视频监视点现场就位.

2）对各个视频监视点进行上电运行.

3）现地调试各个视频监视点，看能否进行控制操作，视频信号是否清晰，无干扰干扰源.

4）安装计算机监控PC和软件，调试远程控制程序，对各监视点进行远程控制，并通过.

4.2.4调试完毕测试步骤

各视频监视点均加电运行，控制室视频工作站等设备加电运行.网络调试正常.注册操作员用户权限.

3.3系统测试结果

每个单元工程安装完毕后，工程组主要测试人员在监理及建设单位相关人员在场地情况下，进行了一系列地仪器性能测试，测试结果如下：

1）各设备安装按设计及规范要求进行，无质量问题.

2）各设备调试过程符合设计及规范要求，达到合格标准.

3）各设备安装完毕后，工程组自行测试运行正常.

4施工质量管理

4.1质量保证与措施

工程部严格按照我司“ISO9001：

2000质量管理体系”地质量要求施工，以“ISO9001：

2000质量管理体系”要求为蓝本建立本工程质量管理体系.具体内容包括：

客户需求分析、系统方案设计、系统工程设备施工安装与调试、客户培训、系统交付运行、跟踪服务等，提供全方位优良地全过程服务.

为确保每个设备工程地仪器成活率，工程管理部实行统一规划，分级管理，人人有责.依据国家有关法规和部颁、省颁现行技术标准、规范、规程和质量评定标准对工程质量进行强制性地监