張?bào)w育

一、工程概況

懷洪新河山西莊閘位于懷洪新河香（澗湖）沱（湖）引河與五（河）固（鎮(zhèn)）公路交匯處，距五河縣城西約14km。該閘主要承擔(dān)香澗湖和沱湖分蓄、引水、航運(yùn)等任務(wù)，并具有分洪、排澇功能。設(shè)計(jì)分洪時(shí)最大流量1150m3/s，5年一遇排澇流量420m3/s，該閘工程等級為II等二級，投資1691萬元。該閘為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共7孔，單孔凈寬10m，并在水閘中孔設(shè)置通航孔，通航孔為鋼筋混凝土U型結(jié)構(gòu)，閘室長24m，凈寬10m。通航孔上閘首利用節(jié)制閘工作門，下閘首閘門為新建，閘門及啟閉機(jī)型號同上閘首閘門。

二、工程運(yùn)行管理的現(xiàn)狀

安徽懷洪新河五河縣山西莊閘管理所成立于2000年3月，為安徽懷洪新河五河縣河道局直屬單位，主要負(fù)責(zé)山西莊閘的日常運(yùn)行管理及養(yǎng)護(hù)維修工作。由于受編制所限，管理人員較少，無法滿足日常管理工作需要。在日常管理及閘門操作工作中亟待改造為自動化控制方式以滿足日常運(yùn)行管理工作的需要。

三、自動化控制改造設(shè)想

1.必要性

山西莊閘建于1998年，閘門監(jiān)控系統(tǒng)原設(shè)計(jì)是現(xiàn)地控制為主，強(qiáng)電集中控制為輔，用設(shè)計(jì)信號燈等顯示閘門位置與其他開關(guān)量信號，閘門開度只在現(xiàn)場有模擬量顯示，無法傳輸采集模擬量，必須人工進(jìn)行現(xiàn)場啟閉操作。

2.可能性

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和SCADA等工業(yè)控制技術(shù)的日趨成熟，采用計(jì)算機(jī)、PLC、網(wǎng)絡(luò)、智能閘門測控儀（開度儀）、旋轉(zhuǎn)編碼器、閘位傳感器、水位計(jì)、上位機(jī)監(jiān)控軟件等多種現(xiàn)代技術(shù)，閘門的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控已經(jīng)普遍應(yīng)用。

3.優(yōu)越性

閘門自動化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就是通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集閘門上下游水位、閘門狀態(tài)、開度、荷重、運(yùn)行實(shí)時(shí)工況的視頻圖像等信息，并根據(jù)實(shí)測水文資料，通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的分析、判斷、計(jì)算，進(jìn)行科學(xué)控制調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)閘門的優(yōu)化、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。采用計(jì)算機(jī)人機(jī)界面的操作方式，控制方式以遠(yuǎn)程監(jiān)控為主、現(xiàn)場就地控制為輔，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制、實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行，力爭實(shí)現(xiàn)閘門調(diào)度無人值班、少人值守的自動化目標(biāo)。

四、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

1.系統(tǒng)組成

閘門遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、啟閉控制系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、語音報(bào)警系統(tǒng)、WEB發(fā)布系統(tǒng)等幾部分組成。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)上下游水位、閘門開度等開關(guān)量和模擬量的采集；啟閉控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)閘門升、降、停的控制；安全保障系統(tǒng)則是確保閘門運(yùn)行時(shí)，無論出現(xiàn)任何非正常工況都可以迅速地安全終止操作，保護(hù)設(shè)備安全；前臺計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、判斷，提供較為直觀友好的人機(jī)界面；語音報(bào)警系統(tǒng)除了對設(shè)備運(yùn)行異常情況進(jìn)行報(bào)警外，還可以在閘門啟閉前進(jìn)行語音提示；WEB發(fā)布系統(tǒng)則可以對閘門的運(yùn)行工況，如水位、流量、開度、運(yùn)行孔數(shù)、荷重等參數(shù)進(jìn)行對外發(fā)布，以供其他人員瀏覽；視頻監(jiān)視系統(tǒng)負(fù)責(zé)攝取和存儲啟閉機(jī)房內(nèi)外、上下游河道等重點(diǎn)監(jiān)控點(diǎn)的圖像，并同時(shí)具備通過IE進(jìn)行遠(yuǎn)程WEB瀏覽功能。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由各種傳感器完成；啟閉控制系統(tǒng)由PLC完成；安全保障系統(tǒng)由數(shù)字電子限位、機(jī)械限位、機(jī)械荷載超限、工作超時(shí)、啟閉機(jī)過電流、方式閉鎖等多重保護(hù)功能組成，確保閘門運(yùn)行安全可靠；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、語音報(bào)警系統(tǒng)、WEB發(fā)布系統(tǒng)由前臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)完成；視頻監(jiān)視系統(tǒng)及遠(yuǎn)程瀏覽可以通過硬盤錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)。

上下游水位、閘門開高、荷重等以4～20mA模擬量格式送至PLC，閘門位置等開關(guān)量信號同樣由PLC采集。用硬盤錄像機(jī)視頻進(jìn)行監(jiān)控、采集、傳輸、發(fā)布，這種控制方式遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以通過IEC60870-5-103、IEC60870-5-104 控制現(xiàn)地計(jì)算機(jī)完成閘門控制調(diào)度，但鑒于PLC與硬盤錄像機(jī)具備了以太網(wǎng)通訊接口，因此推薦遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)直接控制PLC，這種方式更直接、更可靠。

2.現(xiàn)地級的控制設(shè)備

PLC作為工業(yè)控制的現(xiàn)場重要單元（LCU），具有強(qiáng)大的邏輯功能、穩(wěn)定性、抗干擾能力。通過PLC來實(shí)現(xiàn)閘門的遠(yuǎn)程監(jiān)控，無論是技術(shù)先進(jìn)性還是遠(yuǎn)期投資效益都遠(yuǎn)非其他設(shè)備可比。另外工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)日趨成熟，基于MODBUS TCP/IP協(xié)議的工業(yè)以太網(wǎng)工控產(chǎn)品不斷推出，更是極大地推動了工業(yè)領(lǐng)域遠(yuǎn)程監(jiān)控方式的改變。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是星形，也可以是環(huán)網(wǎng)；網(wǎng)線可以用多模光纖，也可以用超五類雙絞線等。

3.遠(yuǎn)程監(jiān)控主要設(shè)備的選擇

（1）以太網(wǎng)交換機(jī)

從工程運(yùn)行可靠性上考慮，以太網(wǎng)交換機(jī)建議選擇工業(yè)級以太網(wǎng)交換機(jī)，可靠性高、抗干擾，如CISCO、MOXA等，最好支持環(huán)網(wǎng)。

（2）PLC（可編程序控制器）

鑒于閘門控制的測點(diǎn)較少，邏輯控制較為簡單，在PLC的選擇上傾向于小型化、智能化產(chǎn)品，僅需配置必要的I/O模塊、模擬量模塊即可。

（3）水位計(jì)

從產(chǎn)品的可靠性、技術(shù)性能上來看，雖然VEGA水位計(jì)價(jià)格較高，但鑒于其具有的高性能、高精度，建議選擇。

（4）閘位計(jì)及編碼器

建議選擇GP-1312通用位移控制儀，與高精度HEIDENHAIN旋轉(zhuǎn)編碼器配合使用，可實(shí)現(xiàn)對閘門的高精細(xì)控制。支持4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號和4～8個(gè)開關(guān)量輸出。

五、結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的逐步改善，光纖的逐步普及，閘門遠(yuǎn)程自動化監(jiān)控設(shè)計(jì)理念已經(jīng)日趨成熟。通過遠(yuǎn)程自動化監(jiān)控設(shè)施進(jìn)行閘門控制，將逐步實(shí)現(xiàn)“無人值班、少人值守”的目標(biāo)，從而推動閘門現(xiàn)代化管理水平的不斷提高