高德應(yīng) 傅貴麗

【摘要】開泰閘是連云港市海堤達(dá)標(biāo)工程項(xiàng)目中一座重要的中型涵閘，位于海濱新區(qū)海堤堤線上，設(shè)計(jì)流量232m3/s。該閘具有防洪、排澇等功能。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感器、機(jī)電設(shè)備結(jié)合的自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)水利水情的監(jiān)控和管理方式逐漸由原始的單一的現(xiàn)場、手動(dòng)集中控制轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际降摹⒍嗉夹g(shù)結(jié)合的包含遠(yuǎn)程控制的的現(xiàn)代化的綜合性控制系統(tǒng)。本文就水利系統(tǒng)中一開泰閘使用的國電南京自動(dòng)化股份有限公司開發(fā)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對(duì)這種硬件構(gòu)成方式的性能特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和歸納，重點(diǎn)就調(diào)度系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的功能和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了闡述和研究。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；水閘

中圖分類號(hào)：TV66文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1006-0278（2015）11-142-02

推動(dòng)水利工程管理向信息化、自動(dòng)化方向發(fā)展是水利現(xiàn)代化的發(fā)展要求。將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及多種軟硬件控制技術(shù)相結(jié)合，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)水利水情相關(guān)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，進(jìn)而完成開泰閘工程的自動(dòng)化管理和控制。

一、自動(dòng)化管理系統(tǒng)組成

為滿足基本的自動(dòng)化控制要求，目前應(yīng)用于開泰閘水利工程管理系統(tǒng)中的自動(dòng)化控制系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控中心配合多個(gè)終端站實(shí)現(xiàn)。其中，監(jiān)控中心配備運(yùn)算能力較強(qiáng)的工業(yè)計(jì)算機(jī)（南瑞）和相關(guān)數(shù)據(jù)通信設(shè)備；WebAccess V7.0和SQ數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能，終端站可以配備以PLC為核心或者單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，同時(shí)配合使用多種傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)通信設(shè)備等實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信。為保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，應(yīng)該在監(jiān)控中心中配置山特UPS電源，在終端站配置蓄電池。系統(tǒng)可完成的功能有：（1）計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)控操作閘門（2）水位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（3）數(shù)據(jù)處理，該部分功能由監(jiān)控中心的軟硬件設(shè)備協(xié)作完成。（4）數(shù)據(jù)采集和指令執(zhí)行，該部分功能由布置于水利調(diào)度系統(tǒng)終端的傳感器與執(zhí)行設(shè)備完成；（5）數(shù)據(jù)傳輸，該部分功能由各通信設(shè)備完成；

二、自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)

水利自動(dòng)化系統(tǒng)通常由多個(gè)遠(yuǎn)端監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用監(jiān)控中心對(duì)平臺(tái)各終端進(jìn)行信息采集、數(shù)據(jù)處理以及決策制定。我閘使用的自動(dòng)化系統(tǒng)包括操控子系統(tǒng)、監(jiān)控子系統(tǒng)、采集子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)等幾部分子系統(tǒng)，其特點(diǎn)如下：

（一）實(shí)用性強(qiáng)

該系統(tǒng)的操作終端可以通過WEB瀏覽器等實(shí)現(xiàn)，方便管理人員不在監(jiān)控中心時(shí)，通過遠(yuǎn)程訪問的方式登錄管理系統(tǒng)，根據(jù)權(quán)限進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定和功能使用。也可以實(shí)地在控制中心直接登錄，操作整個(gè)系統(tǒng)。

（二）功能模塊可擴(kuò)展

系統(tǒng)若需要進(jìn)行擴(kuò)容只需要通過相應(yīng)的擴(kuò)容端口進(jìn)行新接入設(shè)備部署即可，不需要進(jìn)行大范圍的系統(tǒng)調(diào)整。國電南京自動(dòng)化股份有限公司開發(fā)該系統(tǒng)，充分考慮了未來水利自動(dòng)化發(fā)展的大趨勢(shì)，為該系統(tǒng)進(jìn)一步的擴(kuò)展和性能提升提供了充足的空間。

（三）數(shù)據(jù)采集完整性強(qiáng)

由于采用了多種傳感器設(shè)備對(duì)模擬量進(jìn)行信息采集，故本自動(dòng)控制系統(tǒng)可以將模擬信息轉(zhuǎn)換為精確的數(shù)字信息，便于數(shù)據(jù)處理和分析。

（四）管理層次清晰

整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了完善的用戶管理、系統(tǒng)配置、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、歷史記錄等功能，利用這些功能可以簡化作業(yè)流程，明確管理權(quán)限，為系統(tǒng)制定合理的運(yùn)行策略，維持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)歷史記錄等功能還可以對(duì)控制系統(tǒng)的每個(gè)操作進(jìn)行記錄，便于后期檢索和系統(tǒng)修正，為警報(bào)或故障原因的查找提供數(shù)據(jù)支持。

三、各子系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

（一）防辦及管理所調(diào)度中心

應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水利調(diào)度中心的無人值守。具體實(shí)現(xiàn)方式為，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中對(duì)水利信息采集系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫備份系統(tǒng)等不同系統(tǒng)中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)制定相應(yīng)的執(zhí)行策略，只有滿足條件時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)啟動(dòng)運(yùn)行。通過上述操作可以對(duì)我閘上下游水情調(diào)度過程中的水位、流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，如放水水量、時(shí)間等；對(duì)閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，設(shè)置開啟高度，開啟閘門序號(hào)，設(shè)置安全防護(hù)參數(shù)，開啟只有滿足開啟條件時(shí)才能夠開閘放水，當(dāng)放水完畢后可以遠(yuǎn)程控制關(guān)閉閘門；對(duì)整個(gè)水利調(diào)度過程中的重點(diǎn)位置添加7處視頻監(jiān)控，確保水利控制調(diào)度的準(zhǔn)確性、安全性以及可靠性；最后還能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，操作日志的自動(dòng)登記，以備后期檢索和總結(jié)。

（二）現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)

現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)主要安裝在啟閉機(jī)房內(nèi)，與啟閉機(jī)電器控制柜進(jìn)行連接，由工業(yè)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的通信系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信獲取對(duì)閘門的控制指令，進(jìn)而對(duì)閘位信息、電量電壓信息、水位信息等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作。同時(shí)，為保證系統(tǒng)的安全性和可靠性，增強(qiáng)系統(tǒng)操作的靈活性，可以在現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)中添加現(xiàn)地控制開關(guān)，便于特殊情況下進(jìn)行現(xiàn)場控制，在特殊情況下，為保證安全而采取緊急操作的控制系統(tǒng)也在PLC控制系統(tǒng)中單獨(dú)設(shè)置，不受其他系統(tǒng)干擾。

（三）水情信息采集系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)是對(duì)諸如水位、渠道流速等信息的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)。這些信息可以通過安置于我閘各處環(huán)境中的傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置獲得。采集獲得的數(shù)據(jù)被傳送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理和運(yùn)算，系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制閘門狀態(tài)。

需要說明的是，對(duì)水位信息的采集是通過上下游超聲波水位計(jì)完成的，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)和校正；對(duì)于閘體各部的揚(yáng)壓力由15套揚(yáng)壓力傳感器共同組成，對(duì)于流速信息的采集是通過流速儀及其相關(guān)裝置完成的，對(duì)于閘門開度、荷重等信息也直接通過閘門開度荷重儀顯示并實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行姆?wù)器上。

（四）視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在執(zhí)行水利調(diào)度任務(wù)時(shí)，對(duì)重點(diǎn)檢測(cè)位置一共安裝定點(diǎn)攝像機(jī)5套，球形一體化攝像機(jī)2套，可進(jìn)行24小時(shí)不間斷監(jiān)控，此時(shí)需要應(yīng)用視頻監(jiān)控子系統(tǒng)。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)中的攝像頭可以對(duì)覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有活動(dòng)和環(huán)境變化進(jìn)行圖像采集，然后通過通信系統(tǒng)傳遞回監(jiān)控中心，幫助監(jiān)控中心管理人員對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行判斷，進(jìn)而根據(jù)判斷結(jié)果制定操作策略。

（五）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

鑒于整個(gè)開泰閘地處沿海，濕度大，鹽分高，且風(fēng)大，氣候條件惡劣，故在建閘初期就將自動(dòng)化系統(tǒng)所有管線預(yù)埋到位，并做了妥善保護(hù)。在實(shí)現(xiàn)終端與控制中心通信時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況具體制定。在較遠(yuǎn)區(qū)域，對(duì)其進(jìn)行的水利調(diào)度通過對(duì)閘門兩側(cè)的水位差進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)的，故在該區(qū)域可以鋪設(shè)有線通信網(wǎng)絡(luò)。在室內(nèi)區(qū)域通常環(huán)境較好，且不需要采集和顯示多種數(shù)據(jù)，在該區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)覆蓋可以通過有線通信技術(shù)的方式實(shí)現(xiàn)，可以滿足自動(dòng)控制需求。

總之，在水利工程管理系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)是今后水利工程的必然發(fā)展方向。自動(dòng)控制系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)完整的，可實(shí)時(shí)通信和信息共享的操作平臺(tái)，利用該平臺(tái)可以改善工作人員的工作環(huán)境，滿足水利調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行中的參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，為整個(gè)水利調(diào)度過程的自動(dòng)化、智能化創(chuàng)造了有利條件，提升了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性以及精確性，具有非常實(shí)際的應(yīng)用意義。

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