陳永濤

一、引言

水利工程不僅在防汛、抗旱與搶險上發(fā)揮關鍵作用，而且還可以使用先進的信息技術，實現對水資源的科學管理與合理利用。安徽省水流復雜、河流眾多、洪澇災害頻繁，水利工程建設管理和防汛抗旱任務繁重，而水利閘站基本上都使用傳統(tǒng)的控制方式：人工觀測采集數據、報告運行情況、根據調度命令進行手動啟閉閘門，采集的數據受人為因素影響誤差較大，采集周期長，而且運行、維護的勞動強度大，難以實時、全面地掌握閘門工作的狀況。

針對現狀，利用先進的檢測技術、自動控制技術、視頻技術以及網絡通信技術，依據“無人值班、少人值守”的原則，設計以PLC為核心的水利閘門群集中監(jiān)控系統(tǒng)。該監(jiān)控系統(tǒng)是一個可進行數據采集、監(jiān)視和控制的系統(tǒng)，通過對參數數據和視頻信號的自動采集、網絡通信、遠程控制、數據存儲與處理等手段，實現對閘門準確、可靠和實時地進行群測、群控，進而可以在網絡的基礎上建立水流、閘門等狀況的數據庫，為水資源管理、水利工程應用等提供準確信息，加強水資源統(tǒng)一管理、保障水利持續(xù)發(fā)展、保證防治水害的成果。

二、監(jiān)控系統(tǒng)的組成

閘門監(jiān)控系統(tǒng)的組成可分為：啟閉機房控制站（現地控制單元）、閘門控制站（管理站）、中央管理調度控制室（控制中心）。監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖1所示。它們之間的控制權可以進行切換，并且各種控制間具有嚴格的安全互鎖邏輯。

現地控制單元主要由啟閉機、PLC、水位檢測傳感器、閘門開度檢測控制裝置、攝像監(jiān)視設備、電源及保護裝置、電氣控制柜、操作按鈕、狀態(tài)指示燈等組成，主要完成對閘門開度及限位狀態(tài)、水位、流量、啟閉機工作狀態(tài)、電機工作狀態(tài)、電源設備的電力參量、設備工作狀態(tài)等的監(jiān)控，實現系統(tǒng)的數據采集、處理、控制、安全監(jiān)視、數據通信等。

管理站配置一套閘門監(jiān)控計算機，主要的任務是實時監(jiān)控現地設備的運行狀態(tài)，通過Internet的通信方式與控制中心通信，傳送數據信息和視頻信息以及接收控制中心的控制指令。閘門監(jiān)控計算機通過現場總線與啟閉機房的PLC連接，能采集并處理數據，發(fā)送控制指令，完成現地設備的狀態(tài)監(jiān)控、信號處理、系統(tǒng)啟動/停止命令發(fā)送、設定值給定、網絡數據交換、報警、打印等功能。

控制中心是對操作現場實施遠程監(jiān)控，實現測、控、管一體化的自動監(jiān)測功能。一般由服務器、管理工作站、人機界面、Internet標準接口以及通訊網絡系統(tǒng)、打印設備、電源及UPS、輔助設備等組成?？刂浦行脑O有操作員工作站，除完成對被控對象的監(jiān)視控制外，還可實現與其它系統(tǒng)通信，是整個監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心。

三、監(jiān)控系統(tǒng)的功能與實現

1.監(jiān)測對象的數據采集

閘門群監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能是：自動檢測閘門開度、閘門上下游水位和流量，實現閘門提、落、停的自動控制。

為了實現監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能，要求該系統(tǒng)能夠實時采集各閘站的電氣量和非電氣量的數據，包括：閘門上下游水位及流量、閘門開度、啟閉機運行狀態(tài)和參數數據、電機的運行狀態(tài)和參數數據、配電設備狀態(tài)等。PLC和監(jiān)控計算機對采集到的數據進行分析、處理，對閘站的設備準確的控制，控制的事件主要有：根據水位和流量的實時數據對閘門開度進行自動控制；電機開機和停機、事故急停的控制；閘門開啟和關閉的控制；配電設備的斷路器進行準確的合閘和跳閘。

2.控制方式

閘門群監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式可分為：現地控制方式、遠程控制方式和手動控制方式。

現地控制方式就是通過PLC上的控制按鈕對閘門進行的控制操作，而且當監(jiān)控計算機與現地控制單元出現通信故障或監(jiān)控計算機出現故障時，可以通過現地控制方式確保閘門控制的順利進行。每個啟閉機房的控制室內配備一套PLC控制器作為控制的核心，能夠對各水利閘站的工藝參數如水位、電量、運行狀態(tài)等數據進行自動采集，能夠對閘站內的設備運行參數、運行時間和運行狀態(tài)等自動記錄，根據實時檢測的數據自動計算流量，與此同時以檢測到的閘門位置作為反饋值，并依據程序里設定的總流量的值自動計算閘門開啟數量、開度以及開啟時間，達到閘門自動控制的要求。另外，PLC根據自動檢測到的各種參數數據進行綜合分析判斷，識別出監(jiān)控過程中發(fā)生的故障，自動發(fā)出故障報警信號并自動采取相應的聯鎖控制措施，保護人身和設備安全等。

遠程控制方式是工作人員在控制中心操作站上通過鍵盤、鼠標或功能熱鍵發(fā)布控制指令，并通過Internet通信的方式對各閘站的設備進行遠程監(jiān)視與控制，最終達到閘門自動控制的目的。在遠程控制方式中，中央管理調度控制室的監(jiān)控計算機接收到各閘站檢測的參數數據，依據分水位高低、流量值、總流量要求、運行時間、故障記錄等相關參數進行計算，發(fā)出控制指令，PLC接收到控制命令后及時、準確地完成自動控制閘門的相應動作。

手動控制方式是在閘門檢修或調試時，通過啟閉機房控制箱上的控制按鈕對對閘門進行手動控制操作。特別是在PLC或通信發(fā)生故障時，手動控制方式是不可或缺的一個重要的控制方式。

3.運行監(jiān)視

運行監(jiān)視有狀態(tài)監(jiān)視、過程監(jiān)視、參數越限監(jiān)視和故障監(jiān)視。

過程監(jiān)視：當工作人員下達閘門的相應控制指令后，系統(tǒng)能夠自動顯示相關設備工作的監(jiān)視畫面。畫面顯示執(zhí)行過程中每一步驟的執(zhí)行情況。

狀態(tài)監(jiān)視：系統(tǒng)定時掃描查詢各種狀態(tài)信號，自動和受控的狀態(tài)變量都可以在顯示器上顯示。一旦發(fā)現狀態(tài)信號出現異常立刻報警，還要記錄故障類型及其發(fā)生時間，并且提示處理方法。

參數越限監(jiān)視：系統(tǒng)將對重要的參數及數據進行監(jiān)視?？梢允孪仍O定這些參數值的限制范圍，當它們越限時必須及時地進行相應處理：越限報警，自動顯示、記錄等。

故障監(jiān)視：系統(tǒng)硬件、軟件發(fā)生故障、錯誤時立即報警。

4.故障報警方式

監(jiān)控中心和管理站的監(jiān)控計算機實時監(jiān)測各閘門的運行情況，如果監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障，立即報警。報警方式有：

（1）音響/語音報警。根據故障類型使用不同的音響報警，并配以語音信息，音響/語音報警可設置為手動解除或延時自動解除。

（2）畫面報警。當有故障時，報警畫面中的相應故障類型產生閃爍提示；當故障消失時，會自動恢復到正常狀態(tài)；當確認故障處理完畢后，可以手動恢復到正常狀態(tài)。而且能夠自動記錄報警的發(fā)生時間、內容等，并自動存入數據庫，形成故障事件記錄文件匯總，以供工作人員方便查詢。

5.人機界面

現地控制單元通過PLC上的操作面板和LCD顯示屏進行人機聯系。

監(jiān)控中心和管理站通過顯示器、鍵盤、鼠標、視頻監(jiān)視屏幕、打印機等設備進行人機聯系，以便工作人員對閘門進行監(jiān)控和管理。

顯示器可以顯示閘站的各種設備運行參數、運行狀態(tài)、故障報警信號等，以數字、文字、圖形、表格等形式組織畫面并動態(tài)顯示。顯示畫面帶有時間顯示和必要的說明文字來表示閘門的運行狀況，并在設備狀態(tài)變化或系統(tǒng)發(fā)生故障時向工作人員提供詳細的、準確的信息。

工作人員通過鍵盤、鼠標的操作和視頻監(jiān)視屏幕可以查看閘站的各種信息和下達控制指令，使監(jiān)控中心與各閘門管理站和現地控制單元進行協調和配合，發(fā)揮整個監(jiān)控系統(tǒng)體現最大效用。

打印機打印的主要內容為報警事件記錄，操作記錄，記錄的運行數據以及各種定期報表等，配合上級部門的監(jiān)督管理。

四、結束語

根據水利現代化的發(fā)展和資源調度自動化的要求，設計了水利閘門群自動監(jiān)控系統(tǒng)，該閘門群自動監(jiān)控系統(tǒng)具有網絡通信能力、遠程監(jiān)控能力，能夠準確、可靠和實時地采集數據、管理和監(jiān)控。通過現地自動控制、遠程自動控制等控制方式，使得閘門在啟閉的控制過程中顯得更加靈活、可靠，可以滿足在信息化、自動化、可視化等方面的要求