智能水电厂安防联动系统设计和实现

殷召生，郑 炜，尤万方

[1.南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏省南京市 211100；2.华电福新能源股份有限公司古田溪水力发电厂，福建省古田县 352200]

0 引言

随着水电厂“无人值班”（少人值守）以及水电厂集中监控等运行模式迅速普及，智能水电厂安防联动系统的重要性已经日趋显现，它为水电厂的安全稳定运行提供了重要保障，已成为水电厂安全运行和生产必需的技术手段，目前大部分水电厂已安装了工业电视、门禁、消防系统以对生产运行提供安全保障，但是各个子系统是采用不同品牌设备，未形成的统一功能标准和接口标准，数据源分散，各个子系统报警信息的存储、处理等缺少统一管理，特别是在发生安全事件时，各个子系统在处理报警信息时无法有效衔接互动，管理人员面对不同系统的海量警报无法迅速做出正确决策，导致水电厂安防系统的作用无法充分地发挥，影响了安全防护的效果。

针对这些问题，安防联动系统采用统一设计、统一规划、统一标准的综合一体化的思路，首先将计算机监控系统、消防系统、门禁系统等全部按照统一数据接口进行设计，通过建立统一的数据库，将各个子系统的数据信息集成，形成具有统一数据管理平台的联动系统，并通过一体化管控平台进行集中展示、联合控制，最大程度地发挥安防联动系统的功能效果，协助管理人员提高紧急状态下安全决策的能力。

1 主要功能设计

智能水电厂安防联动系统是通过对水电厂各个安防系统功能的整合、优化及管理，与电厂各个生产运行子系统协同工作，运用智能分析、智能告警、联动控制等技术手段，共同保障智能水电厂的安全稳定运行。系统主要功能如下：

（1）各种类型数据信息收集与建模。

为实现对水电厂多方位、全天候的状态监视，需要高度集成水电厂内所有子系统，如工业电视、消防系统、门禁系统等，通过对这些不同系统的数据和数据类型进行统一建模、提供标准数据访问服务，为水电站的安全运行提供完整的数据信息。

（2）所有数据共享、集中管理、统一处理。

（3）自动巡检。

水电厂自动巡检包括实时图像监控功能、定时自动巡检、自动巡检记录等内容，用设备代替人工对水电站的场地和设备进行自动巡检。通过固定式、移动式视频监控设备，根据预先配置的巡检策略、巡检路线，动态获得电厂关键设备的高清视频、图像，并对异常现象进行统计、报警或触发联动控制。

（4）智能联动。

水电厂安防联动系统可以和电厂内各个子系统以标准方式进行信息交互，通过各种类型的数据采集，安防联动系统可以对影响水电厂运行的因素进行全方位、多手段的实时监测。安防联动系统以“智能联动”为核心，采用数据综合分析方法，可以自动判断出各种类型的异常情况，并可实现各个子系统间的协调联动，消除异常情况造成的不良影响，保障水电厂的安全运行。

2 系统结构

智能水电厂安防联动系统位于一体化管控平台的安全Ⅲ区，各个子系统分别位于电力系统生产控制大区和管理信息大区，为实现两个安全大区的数据贯通大区之间需要部署正反向隔离装置[1]，系统主要实现了与视频监控、智能门禁、火灾报警及消防等子系统的对接；对这些系统的数据进行统一处理，采用优化的管理、检测、预警以及联动控制等一系列的技术手段，从而保证水电厂的安全运行；完整的系统结构如图1所示。

系统主要由一体化平台应用主机以及数据发布服务器、传输设备以及各类子系统等组成，各个子系统可以独立运行；也可以接受安防联动系统的控制，这样各种各样的子系统就可以相互配合，实现对水电厂内的设备进行运行监督和联动控制。

整个系统以应用主机为核心，完成对各类子系统的数据采集和控制。在维持现有各子系统相对独立运行的前提下，应用主机可以直接与某些子系统通信，也可以采集一体化管控平台的共享数据，最终实现对现场视频及其他各种生产信息的采集和联动控制。

总部位于德国亚琛的FEV集团是一家国际化动力系统及整车开发的国际服务供应商。针对动力系统及整车，FEV可以提供从概念设计到最终批量生产的全部咨询、开发、测试等服务。除了传统的发动机与变速箱的开发、整车集成、标定以及汽油机柴油机本地化等业务，FEV将把重点放在混合动力、电驱动以及可替代能源领域。同时，FEV的专家团队也专注在电子控制系统、车联网以及自动驾驶等先进技术。

3 关键功能的实现

3.1 智能联动

智能联动功能是安防联动系统的基础功能，包括工业电视系统、消防系统、门禁系统、告警系统等之间的联动，系统联动由安防联动系统软件以及各类需要联动的子系统间通过联动信息的交互解析实现。其联动过程主要是一个点对点、点对多点的网状结构，各类信息根据业务需求的规划将联动方案制定成标准流程，再由软件平台下达，各联动子系统在接收到相应的指令后解析并执行，系统联动需合理规划联动模式、联动策略，建立符合用户日常操作习惯及符合电力安全生产规范的一套流程，并通过相互间的消息通信机制来完成整个联动过程。

具体联动策略包含：①消防系统与门禁系统的联动策略；②工业电视与门禁系统的联动策略；③工业电视与五防系统的联动策略；④机组开停机与工业电视的联动策略；⑤大坝闸门启闭与工业电视的联动策略。

图1 安防联动系统总体结构图Fig.1 Overall structure diagram of security linkage system

举例说明，实现开停机操作是水电厂的基本要求。在开停机操作过程中，各个设备的状态可通过实时的联动视频图像来核实，为了实现设备状态与摄像头的联动，一般需要：

a. 在安防联动系统中建立摄像机编号，运维人员可将此编号的摄像头预置固定方位、观察角度和焦距调整至最佳。

b. 建立摄像机编号与各个子设备状态变化事件的映射关系。当某个设备的状态变化时，此时摄像球机将转到相应的特定预置，值班人员可观察设备的状态，由运行操作人员校验执行结果。

3.2 智能巡检

智能巡检主要采用智能分析、巡检规划、报表统计等技术对电厂环境及部分设备的温度、湿度、表计、开关状态、甚至设备的外观状态等进行监视，并对采集的数据进行对比分析。智能巡检可实现对系统内的所有监控点进行图像自动巡检，同时结合智能分析应用，在巡检过程中可以自动分析识别主要监视设备的状态、仪器仪表读数，并把结果自动反馈给软件平台，平台进行自动比对及智能分析，判断仪器设备的安全程度，超过阈值则自动报警或触发联动控制，从而达到智能巡检的目的。

3.3 智能告警

在规模较大的流域水电厂中，接入安防联动系统的设备数量和类型很多，各项实时参数内容繁杂，运行人员需要高度集中精力才能实时掌控电厂异常情况。尽管这样，报警信息仍无法避免疏忽遗漏，只有安防联动系统软件平台具有设备异常智能警报机制才能及时发现异常情况，通知维护人员迅速采取有效措施以防止安全事故的发生，报警模块应能对告警信息综合判断和分析，排除信号误报，给出初步分析结果以及处理意见，并能够与音视频、短信、声光等告警方式有机结合，实现告警的智能化。

3.4 智能视频分析

系统可采用具有智能分析功能的摄像机，内置嵌入式视频分析软件，可以在视频图像中设定周界，检测周界入侵，针对进入设定禁入区域的目标进行检测，可支持人员车辆自定跟踪，周界设置，支持单向越界和双向越界，支持监控范围内多条绊线设置，能够区分不同绊线，支持多目标同时越界检测，能够区分并识别所有目标，区分目标越界方向；检测出上述信号后，安防联动系统可按照用户设置的规则触发报警或联动控制。

3.5 门禁管理

统一管理水电厂的门禁系统，对水电厂门禁控制单元进行监视及控制、查看进出数据或事件；在安防联动系统平面图上监视和控制门禁系统所有受控门状态；对受控门进行控制时，可以自动弹出视频画面；当有异常报警时可以自动打开指定的受控门禁。

4 软件开发

系统采用SqlLite + JAVA Swing开发技术，服务器端使用J2EE架构，采用Spring＋Mybatis＋Struts2构架模式，客户端结合B/S浏览器展示方式，方便不同用户不受地域限制的进行安防信息的查看、操控，软件系统架构如图2所示。

系统采用CAD电子地图的方式将安防联动系统的前端设备直观的进行展示，通过构建Oracle数据库丰富的数据关联，实现了全场每一个前端设备的信息采集、控制，同时建立了符合电厂实际需要的联动匹配策略，有效地支持了各个安防子系统在紧急状态下的联合动作。

（1）采用B/S架构。

本系统采用了主流的B/S架构来构建。采用了B/S结构后，系统用户无需安装客户端软件，只要通过浏览器就能使用系统。B/S架构系统设置方便，操作简单，运行人员很容易熟练掌握。需要进行系统配置更新时只需要更新服务器即可，无需去更新每个客户端，大大提高了系统的可维护性。

（2）AJAX技术。

为了实现报警信息无刷新显示，系统采用了AJAX技术。通过AJAX技术，智能安防管理系统在浏览器与Web服务器之间进行异步数据传输（HTTP请求），这样就可使网页从服务器请求少量的信息来实现网页局部刷新，从而避免为了显示报警信息而要重刷整个页面的问题。

（3）服务器推送（PUSH）技术。

图2 安防联动系统软件架构图Fig.2 Software architecture diagram of security linkage system

服务器推送（PUSH）技术是一种建立在客户服务器上的机制，就是由服务器主动将信息发往客户端的技术。同传统的拉（PULL）技术相比，最主要的区别在于推送（PUSH）技术是由服务器主动向客户机发送信息，而拉（PULL）技术则是由客户机主动请求信息。PUSH技术的优势在于信息的主动性和及时性。使用了PUSH技术后智能安防管理系统能及时地对报警信息进行处理并及时地将报警信息推送到所有的浏览器网页上，实现了报警信息实时展示。同时PUSH技术能有效地减少客户端浏览器与服务器的交互，从而减轻服务器的压力。

该应用组件由数据总线层、服务层和应用层组成，可运行在智能一体化管控平台之上。数据总线层为系统内外数据提供了统一的数据源，为系统内的各个模块提供透明的数据访问及消息传送接口。服务层为用户维护统一的管理和配置服务；模型服务、图形服务等服务模块构成系统应用服务层，它为系统提供基本的应用功能[2]。

5 结束语

本文结合现阶段智能水电厂技术现状，高度整合水电厂各个子系统，对水电厂安防联动系统的进行了集成设计，不仅实现了各类信息的集中采集、分析和展示，而且实现了系统间的智能联动，消除了水电厂各个子系统“信息孤岛”的局面，提高了水电厂的智能化管理水平，该系统的应用与推广，对提高水电厂运行的安全性、可靠性，提高运行和管理的智能化，有着重大的现实意义。

[1] 郝秀峰，祁新，刘军.智能水电厂安全防护系统设计[J]. 水电自动化与大坝监测，2013，37（2）：1-4.HAO Xiufeng，QI Xin，LIU Jun. Security protection system design ideas for smart hydropower plants[J]. Hydropower Automation and Dam Monitoring，2013，37（2）：1-4.

[2] 高磊，李永红，郑健兵.智能水电厂一体化数据平台设计[J].水电自动化与大坝监测，2012，36（1）：11-14.GAO Lei，LI Yonghong，ZHENG Jianbing . Design of global data platform for smart hydropower plants[J]. Hydropower Automation and Dam Monitoring，2012，36（1）：11-14.