□聶玉帥(鄭州市常莊水庫管理處)

一、概況

常莊水庫位于淮河流域沙潁河水系賈魯河支流賈峪河下游，總庫容1740萬m3，控制流域面積82km2，是全國防洪的重點中型水庫，也是鄭州市按大型管理的水庫之一。其水庫下游有G310、連霍高速、隴海鐵路、鄭西高鐵等國道干線，以及鄭州西開發(fā)區(qū)、電廠等重要廠礦設(shè)施，人口密度比較大，在防汛上具有舉足輕重的作用。

近幾年來，常莊水庫工程面貌日新月異，已經(jīng)達到了河南省大型水庫Ⅰ級工程管理水平。尤其是常莊水庫除險加固Ⅱ期工程圓滿完工后，水庫除原有的輸水洞上、下閘門外，又在溢洪道上增建了5孔閘門，這樣水庫庫容增加了近260萬m3。為了提升常莊水庫汛期防洪調(diào)度安全的可靠性、精確性和靈活性，特增設(shè)常莊水庫閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，對于節(jié)約水源、確保水利工程正常運行、提高水資源的利用效率具有十分重要的意義。

二、系統(tǒng)原理及特點

常莊水庫閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要是由計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過PLC控制閘門啟閉設(shè)備，閘門開度儀實時了解閘門的開度，閘門荷重儀實時確定閘門的載荷，并通過監(jiān)控圖像直觀確認閘門的運行工況。由操作人員在主控室（監(jiān)控室）下達指令，提高自動化控制程度，減少人工誤差，從而達到準確控制閘門啟閉的目的。

該系統(tǒng)首先具有高可靠性，由于閘門是水利工程中的關(guān)鍵部件，在防汛中具有至關(guān)重要作用，如果閘門一旦出現(xiàn)問題，后果不可想象。因此，選用可靠性高的安防產(chǎn)品，通過有效的連接，確保系統(tǒng)能長時間無故障工作，單個設(shè)備突發(fā)故障不會影響整個系統(tǒng)正常運行，且系統(tǒng)自身應(yīng)具有良好的防范功能、抗干擾和應(yīng)急備份功能；其次，該系統(tǒng)具有先進性和成熟性，運用成熟的自動控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，選用先進、實用、成熟和功能完善的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)各項功能齊全，并能不斷改進升級；最后是高保障性和維護性，系統(tǒng)硬、軟件和服務(wù)上具備了在突發(fā)故障上的應(yīng)急保障措施，日常維護簡單易學，使用方便快捷。

三、系統(tǒng)構(gòu)成及功能

常莊水庫閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要分為主控室（監(jiān)控室）和閘門監(jiān)控裝置兩部分，主控室主要由前置機、控制柜、組態(tài)平臺、計算機網(wǎng)絡(luò)平臺、傳感器及應(yīng)用軟件組成，閘門監(jiān)控裝置主要由攝像頭、閘門監(jiān)控PLC以及通信傳輸通道組成。系統(tǒng)主要有以下功能：

（一）數(shù)據(jù)采集與處理

主控室自動從各現(xiàn)地控制單元采集各種實時運行參數(shù)，掌握各設(shè)備動作情況，并收集報警信息。

（二）安全運行監(jiān)控

1.運行實時監(jiān)控及參數(shù)在線修改：操作人員通過顯示器對系統(tǒng)內(nèi)各主設(shè)備的運行狀態(tài)和運行參數(shù)進行實時監(jiān)控控制及在線修改參數(shù)。對職責不同的各級操作人員，其操作權(quán)限的內(nèi)容也各不相同。

2.狀變監(jiān)控：發(fā)生自動狀變和受控狀變時，均在顯示器上顯示。

3.越限監(jiān)控：檢查設(shè)備異常狀態(tài)并發(fā)出報警，異常狀態(tài)信號要在顯示器上顯示并記錄。

4.過程監(jiān)控：當閘門上升或下降指令下達后，監(jiān)控系統(tǒng)能自動顯示相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控畫面，畫面能以流程框的形式實時顯示全部工況執(zhí)行過程中的每一步驟及執(zhí)行情況，并提示在工況執(zhí)行過程受阻時的部位及其原因，進行開環(huán)運行指導(dǎo)甚至閉環(huán)自動控制操作。

5.趨勢分析：對某些運行參數(shù)的變化進行趨勢分析，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，超限報警，自動顯示和記錄打印。

6.異常監(jiān)控：監(jiān)控系統(tǒng)的硬軟件發(fā)生事故，則立即發(fā)出報警信號，指出故障部位，并在顯示器及打印機上顯示記錄。

（三）實時控制與調(diào)節(jié)

監(jiān)控系統(tǒng)按照閘門當前運行控制方式和預(yù)定的決策參數(shù)進行控制調(diào)節(jié)，滿足各閘門的實時控制要求。同時，操作人員對主控計算機和現(xiàn)地控制單元進行手動操作。

1.對單孔或成組閘門操作：操作人員通過主控計算機或現(xiàn)地控制單元進行操作，完成對閘門的控制與調(diào)節(jié)，并保持在成組操作過程中，成組各閘門之間的協(xié)調(diào)性。

2.控制和開度調(diào)節(jié)：系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的原則及操作人員實時輸入指令，進行閘門的正常升降、停機、自動復(fù)位等操作，發(fā)生故障時自動停止閘門運行。

3.報警復(fù)位：當設(shè)備發(fā)生事故后，在顯示器上自動推出事故畫面發(fā)出報警信號，當操作人員已了解事故情況后，可對報警信號手動復(fù)歸。

4.設(shè)備安全標記：由操作人員手動或應(yīng)用程序自動實現(xiàn)禁止，從而達到對被選中設(shè)備的控制。

（四）記錄報告功能

對所有監(jiān)控對象的操作、報警事件及實時參數(shù)報表等應(yīng)記錄下來，并能以中文格式顯示打印，主要內(nèi)容有：

1.操作事件記錄：將所有操作自動按其操作順序記錄下來，包括操作對象，操作指令，操作開始、結(jié)束時間，執(zhí)行過程、結(jié)果及操作人員的姓名等。

2.報警事件記錄：自動將各種報警事件按時間順序記錄其發(fā)生的時間、內(nèi)容和項目等，并生成報警事件匯總表。

3.定值變更記錄：自動將所有的定值變更情況作記錄，包括變更對象、變更數(shù)值、操作人員的姓名、密碼等。

4.趨勢記錄：記錄重要監(jiān)控量的運行變化趨勢。

（五）正常操作指導(dǎo)與事故處理操作指導(dǎo)

1.正常操作：根據(jù)當前的運行狀態(tài)判斷設(shè)備是否允許操作并給出相應(yīng)標志，如果操作不允許，則提示其閉鎖的原因并盡可能提出相應(yīng)的處理辦法。

2.事故處理：在出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生事故時，由監(jiān)控系統(tǒng)提出事故處理和恢復(fù)運行的指導(dǎo)性意見，并自動記錄事故相關(guān)量。

（六）系統(tǒng)診斷

1.硬件診斷：對工作站計算機及外圍設(shè)備、通訊接口、通道等運行情況進行在線和離線診斷，故障點應(yīng)能診斷到模塊上。當診斷出外圍設(shè)備故障時，能自動將其切除并發(fā)出報警信號。

2.軟件診斷：軟件運行時，若遇故障應(yīng)能自動給出故障性質(zhì)及部位，并提供相應(yīng)的軟件診斷工具。

在系統(tǒng)進行在線診斷時，絕不能影響計算機系統(tǒng)對設(shè)備的監(jiān)控功能。

四、結(jié)語

常莊水庫閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了水利工程的科學化管理，避免了以往僅憑經(jīng)驗控制水庫蓄泄難題，為常莊水庫下游防汛和鄭州城市應(yīng)急供水提供了科學依據(jù)，做到了大汛不出險，無汛多蓄水，最大發(fā)揮了水庫的社會效益和經(jīng)濟效益，從而確保常莊水庫水利工程安全。