自動化監(jiān)控系統(tǒng)在攔河閘工程設(shè)計中的應(yīng)用

(山東省臨沂市水利勘測設(shè)計院，山東 臨沂 276000)

1 工程概況

青山埠攔河閘位于蒙陰縣夏家莊村西北。攔河閘自建成運用以來，一直由青山埠電灌站管理所進行運行管理，效益顯著。但由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，年久失修等原因，老化、退化嚴(yán)重，攔河閘主體工程已被沖垮，不能正常蓄水。青山埠攔河閘是蒙陰縣重點大型水閘，位置舉足輕重，為盡早消除安全隱患，充分發(fā)揮水庫效益，急需進行除險加固。攔河閘改造后工作閘門采用10m×6m(寬×高)露頂式平面鋼閘門，共17孔，工作閘門的啟閉機選用雙吊點固定卷揚式啟閉機，配套電機YZ200L—8，功率15kW，電壓等級380V。

為了提高水閘的管理水平，實現(xiàn)水閘管理單位對閘門、閘基滲壓等進行自動監(jiān)控，并對數(shù)據(jù)加以處理與傳輸，實現(xiàn)現(xiàn)代化管理，本次除險加固工程增設(shè)了自動化監(jiān)控系統(tǒng)，將實現(xiàn)“無人值班、少人值守”的管理方式。

2 設(shè)計目標(biāo)

2.1 先進性

以適度的超前意識為指導(dǎo)原則，設(shè)計采用先進的系統(tǒng)設(shè)備及系統(tǒng)軟件和開發(fā)工具，保證系統(tǒng)在技術(shù)上領(lǐng)先，成熟穩(wěn)定，符合今后的發(fā)展趨勢。

2.2 開放性

系統(tǒng)具備開放性和兼容性。高度模塊化設(shè)計，可與未來更換擴展的設(shè)備具有互連性和互操作性，各子系統(tǒng)之間留有標(biāo)準(zhǔn)通用通信接口，為子系統(tǒng)的擴充、集成留有余地。

2.3 可靠性

軟硬件設(shè)備運行穩(wěn)定，故障率低，容錯性強，應(yīng)采取有效措施，保證系統(tǒng)無故障連續(xù)運行。

2.4 安全性

對數(shù)據(jù)庫的存儲和訪問具有有效的安全措施，防止數(shù)據(jù)破壞、竊取等事故發(fā)生。安全級別控制健全，防止截取操作，能有效審計用戶操作，以便追查事故原因。

2.5 適用性

管理功能全面，能充分滿足管理局自身各種業(yè)務(wù)的管理要求。具有完全的中文操作環(huán)境，界面簡練、友好。

2.6 可維護性

具備故障診斷和分析工具，能幫助維護人員迅速判斷故障原因，并具備有效的維護工具和系統(tǒng)自恢復(fù)工具，能保證及時準(zhǔn)確排除故障。

2.7 良好的性價比

設(shè)備選型和系統(tǒng)設(shè)計在確保用戶需求、系統(tǒng)集成要求的前提下具有良好的性價比。

3 自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案

根據(jù)項目的實際情況，青山埠攔河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計總體規(guī)劃架構(gòu)包括閘門自動化控制、閘壩滲壓監(jiān)測、視頻監(jiān)控和廣播預(yù)警4大子系統(tǒng)，采集到子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)融合處理，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心統(tǒng)一下達操作指令。子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互采用開放式數(shù)據(jù)平臺，利用編程指令完成。子系統(tǒng)與調(diào)度指揮中心平臺信息傳輸采用樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下圖所示。

青山埠攔河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.1 監(jiān)控中心

工程監(jiān)控中心設(shè)在閘壩右岸橋頭堡中控室內(nèi)，它是閘門自動化控制、閘壩滲壓監(jiān)測、視頻監(jiān)控和廣播預(yù)警4個子系統(tǒng)的監(jiān)控管理中心，是攔河閘管理機構(gòu)的小型會商、防汛指揮調(diào)度中心，該系統(tǒng)與上級管理機構(gòu)信息化系統(tǒng)鏈接，實現(xiàn)信息共享與遠程調(diào)用。

監(jiān)控中心共設(shè)工控機4臺，其中，1臺為視頻監(jiān)控主機；1臺為攔河閘閘門監(jiān)控主機；1臺為閘壩滲壓監(jiān)控主機；其余功能由另1臺工控機完成。

為放置這些工控機，設(shè)置5工位監(jiān)控操作臺，除放置這4臺工控機外，放置打印機、電話等辦公設(shè)備。

為進一步加強控制效果、及時并一目了然地了解系統(tǒng)中控制狀態(tài)，設(shè)監(jiān)控墻一面。

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為以太網(wǎng)方式，子系統(tǒng)的圖像、數(shù)據(jù)由光纖收發(fā)的形式傳送到調(diào)度指揮平臺中，子系統(tǒng)的視頻圖像、水位、閘壩滲壓等重要圖像、數(shù)據(jù)由存儲服務(wù)器存儲，管理服務(wù)器統(tǒng)一管理，綜合調(diào)度，WEB服務(wù)器發(fā)布。

3.2 閘門自動化控制系統(tǒng)

攔河閘設(shè)計共17口閘門，采用卷揚式閘門啟閉機。閘門自動化控制系統(tǒng)主要是通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)檢測閘門上下游水位、閘門荷重、閘門啟閉狀態(tài)與開度等，同時實現(xiàn)現(xiàn)場站、管理單位、上級管理機關(guān)(預(yù)留擴展接口)三級監(jiān)控管理，達到能夠在管理單位監(jiān)控中心遠程控制閘門啟閉。

系統(tǒng)由現(xiàn)場控制單元(LCU)、PLC控制站、信號傳送線纜及監(jiān)控中心組成。每個閘門配備1套獨立的LCU,每個LCU都需配備必要的閘門測控儀器，操作人員可用此進行現(xiàn)場控制；配備1套帶觸摸顯示的PLC屏，用來采集、顯示各設(shè)備參數(shù)及控制啟閉機設(shè)備；閘室的上、下游各配備1套水位監(jiān)測系統(tǒng)，采用U型管連通方式，并設(shè)計防護平臺，便于測量當(dāng)前水位變化。系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶要求和系統(tǒng)特點實現(xiàn)現(xiàn)場單控、群控，也可在異地遠程遙控。PLC控制站與現(xiàn)場常規(guī)儀表及控制設(shè)備通過現(xiàn)場總線的形式進行數(shù)據(jù)的交換處理，PLC控制站與監(jiān)控中心通過以太網(wǎng)絡(luò)傳輸。管理單位監(jiān)控中心配備工業(yè)計算機、打印機、不間斷電源等，工業(yè)計算機安裝閘門遠程控制管理軟件，用來實時監(jiān)測閘門情況，控制閘門啟閉；上級管理機關(guān)可通過WEB形式進行遠程管理(預(yù)留擴展接口)。進而做到監(jiān)管合一的現(xiàn)代化、數(shù)字化管理。

3.3 閘壩滲壓監(jiān)測系統(tǒng)

建立安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，實時了解閘門的工作狀態(tài)和可能存在的事故隱患。系統(tǒng)共設(shè)20個滲壓監(jiān)測點，其中左、右翼墻各布置4個滲壓監(jiān)測點；4號閘墩、10號閘墩、16號閘墩各布置4個閘底板滲壓監(jiān)測點。該系統(tǒng)由振弦式孔隙水壓力計、自動測控單元、應(yīng)用管理軟件等組成，選用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可靠性較好，通用性強，組態(tài)靈活，安裝簡便，抗干擾性能強等優(yōu)點，能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性，同時具有一定的擴展性。

3.4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為保證攔河閘正常運轉(zhuǎn)和安全管理工作的需要，設(shè)計對重要節(jié)點進行全天候?qū)崟r視頻監(jiān)控。

系統(tǒng)由17個紅外定焦槍機、4個激光夜視攝像機、4個帶云臺激光夜視攝像機組成，其中紅外定焦槍機分別安裝在17孔閘門前端，用來觀察閘門的啟閉情況，確保閘門安全運行；激光夜視攝像機分別安裝在上、下游的左、右岸兩側(cè)，用于視頻監(jiān)視攔河閘上、下游水位情況；帶云臺激光夜視攝像機分別安裝啟閉機房外前、后、啟閉機房內(nèi)兩頭，用來監(jiān)測室外情況，具有很好的防盜、防破壞效果。

3.5 廣播預(yù)警系統(tǒng)

攔河閘總體跨度較長，基于開、關(guān)閘過程中，對周邊人員的人身安全考慮，設(shè)計1處智能廣播預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)下設(shè)1個廣播操作站，2個廣播點。

4 結(jié) 語

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展及工業(yè)自動化控制技術(shù)的日益成熟，自動化監(jiān)控系統(tǒng)在攔河閘工程中的應(yīng)用越來越廣泛，促使設(shè)計人員必須不斷探討研究自動化監(jiān)控系統(tǒng)在攔河閘工程中的應(yīng)用、創(chuàng)新，并不斷完善。本自動化系統(tǒng)由閘門自動化監(jiān)控、視頻監(jiān)控、滲壓監(jiān)測和廣播預(yù)警四大子系統(tǒng)組成，整個系統(tǒng)選件遵循先進與可靠性原則，全部選用近年來經(jīng)無數(shù)工程測試過的穩(wěn)定性新產(chǎn)品，并且系統(tǒng)留有接口，可供以后開發(fā)擴展，整體設(shè)計安全可靠，系統(tǒng)與用戶的“對話窗口”簡潔明了，使用戶可以十分輕松的對整個系統(tǒng)進行操作和維護。

目前，青山埠攔河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)施工完成，試運行效果良好。