■吳仕盛 ■廣州市白云區(qū)人和攔河壩管理所，廣州 廣東 510470

1 工程概括

廣州市白云區(qū)人和攔河壩樞紐工程位于廣州市白云區(qū)人和鎮(zhèn)流溪河上游，距離流溪河河口約18．3km，距離上游李溪攔河壩梯級約13．2km，距離廣州市中心城區(qū)約20km。工程始建于1971年2月，2008年10月進行重建，該重建樞紐工程包括重建攔河閘壩、電站、綜合管理樓、通航船閘等。電站屬于壩后式電站，5臺發(fā)電機組，總裝機容量2000kw。攔河閘閘門采用液壓全自動化中央控制室操作。攔河閘總寬151米，設閘孔12孔，單孔寬10米。船閘為人字型閘門。攔河壩上游集雨面積為2100km2，設計排洪能力為五十年一遇，泄洪流量2350m3/s，校核排洪能力為百年一遇，泄洪流量2650m3/s。工程等級為Ⅱ等，屬于大(2)型水閘。該樞紐工程是集防洪、灌溉、發(fā)電、航運為一體的水利樞紐工程。

為確保攔河壩安全度汛，增強管理的系統(tǒng)性、及時性、準確性。因此在2008年重建時，特增設閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)，以提高人和攔河壩管理自動化水平及流溪河防汛調度安全的可靠性、精確性、靈活性。

2 水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)

目前水利行業(yè)內普遍應用的水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)分為三類:以工控機為核心的集中控制系統(tǒng)、以微控制器為基礎的集散控制系統(tǒng)、基于PLC的分布式水閘群控制系統(tǒng)。其中以工控機為核心的集中控制系統(tǒng)有著結構簡單、操作方便、投資小的優(yōu)點，在人和攔河壩水閘控制中就采用此種控制方式，從理論角度分析包括現(xiàn)地控制部分和集中控制部分，前者由泵房的現(xiàn)地控制屏柜完成，后者由中控室內的集中控制系統(tǒng)完成。

2．1 現(xiàn)地控制部分

(1)閘門本地控制模塊:本地設置升、降、?？刂瓢粹o，電氣接線上通過直接控制電機接觸器線包的方式，在本地控制閘門的啟閉，本地控制主要用于閘門的檢修啟閉和緊急情況下的備用啟閉。(2)閘門采集模塊:采用電子或機械式的傳感器直接連接閘門旋轉結構獲取閘位信息，實時上傳到集控中心的工控電腦中。(3)水位采集模塊:在指定的水位點投放水位儀探頭，并就近裝設信號適配器。將小信號的模擬器輸出信號轉化為標準的工業(yè)總線信號，同時實時上傳到集控中心的工控電腦中。(4)視頻采集模塊:根據(jù)現(xiàn)場地形在本地裝設工業(yè)級紅外攝像頭，通過視頻信號線傳輸?shù)郊刂行摹９た仉娔X加設視頻模數(shù)轉化的PCL總線硬件卡，且根據(jù)實際情況選擇相應輸入通道的視頻卡，將視頻模擬信號轉化為數(shù)字信號用于監(jiān)控器顯示和硬盤儲存。

2．2 集中控制部分

(1)觸摸屏監(jiān)控設備:人機交互界面采用夜晶觸摸屏方式，用戶通過接觸點擊對系統(tǒng)進行操作。主要用于各水位點實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測、閘門位置及運行狀況的視頻監(jiān)測、閘門運行控制、流量和水量關系曲線的查詢以及相關歷史圖表的調閱等。(2)閘門遠程控制設備:集控中心的閘門遠程控制設備分為兩套。一是觸摸屏上的智能控制方式，各閘門現(xiàn)地控制單元通過控制線與工控電腦的板載DI/DO卡相連接，系統(tǒng)通過控制DI/DO卡的無源觸點控制遠程閘門的啟閉。二是手動控制按鈕方式，手動的功能按鈕組直接通過控制線與遠程對應的現(xiàn)地控制單元連接，在工控電腦故障情況下完成閘門的緊急啟閉功能，以此作為集中控制的安全備用系統(tǒng)。

3 攔河壩水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)應用

(1)人和攔河壩水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)概況。人和攔河壩水閘監(jiān)控系統(tǒng)主要由計算機監(jiān)控系統(tǒng)和圖像監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成。計算機監(jiān)控系統(tǒng)包括中央控制室(中控室)和現(xiàn)場操控室(啟閉機房)。中控室主要由計算機設備、服務器、圖像顯示屏及其他機械設備構成;啟閉機房主要置放閘門控制柜和發(fā)動機等器件。圖像監(jiān)控系統(tǒng)包括控制、顯示和記錄設備，如攝像機、監(jiān)視器、解碼器和硬盤機等。(2)人和攔河壩水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)功能。從硬件角度分析，人和攔河壩水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)檢測、采集、傳輸、分析數(shù)據(jù)，結合圖像監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測掌握水閘現(xiàn)況、閘門運行及水閘區(qū)域實時情況，從而對水閘實現(xiàn)自動化控制和管理。從軟件角度分析，該系統(tǒng)通過采用總線分布式控制模式，實現(xiàn)泄水閘12孔閘門的遠程集中控制。該壩水閘自動化監(jiān)控技術關鍵在于計算機監(jiān)控系統(tǒng)，通過Ethernet網(wǎng)實現(xiàn)各計算機之間的通訊;而核心在于系統(tǒng)控制層，其重點由PLC(可編程序控制器)來完成，主要負責12孔泄水閘門的閘位、上下游水位、降雨量等數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸。(3)人和攔河壩水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)操用。按照設計要求，該壩防汛上限水位為5．6m，警戒水位為5．3m，當達到警戒水位時，可自動設定閘門開度，并進行閘門啟閉操作。結合實際，該壩采用對水閘進行非汛期遠程控制和汛期現(xiàn)場人工控制相結合的方式。通過自動化監(jiān)控系統(tǒng)啟閉閘門，要求先開啟中間兩孔閘門，后對稱、間隔按同一開度逐次開啟其兩側閘門，閉閘與開門順序相反。

4 水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)勢

(1)在效率上，運行和管理都得到極大的提高。人和攔河壩重建之前，主要靠人工觀察和經(jīng)驗管理，造成一定的運轉誤差。實施自動化管理后，人和攔河壩閘門的運行得到了優(yōu)化和改進，降低了重復使用設備帶來的損壞率，延長了相關設備使用壽命和維護周期。(2)在性能上，增強了可靠性和安全性。由于閘門在防洪抗災中至關重要，一般都是水利水電樞紐工程的關鍵，閘門出現(xiàn)問題，將直接對攔河壩工程安全運行產生重大影響，危害大壩的安全，甚至可能引發(fā)大壩潰決。該系統(tǒng)避免了人為誤操作等可能造成的設備毀損，增強了系統(tǒng)運行的安全性、可靠性。(3)在實用上，減輕了管理人員的工作強度。本設計方案實現(xiàn)集控室的遠程監(jiān)視，維持正常蓄水位5．30m不變，減少了職工數(shù)量和工作強度，達到減員增效的目的。

5 小結

該系統(tǒng)仍存在幾個弊端，主要有:(1)控制系統(tǒng)失靈問題。本工程采用PLC控制柜單一控制模式，且控制系統(tǒng)無備用設施，一旦出現(xiàn)控制柜程序失控、線路故障、液壓漏油等控制系統(tǒng)失靈方面險情，將嚴重威脅攔河壩的安全。(2)重建后的攔河壩無滲流、變形監(jiān)測設施，無浸潤線觀測孔和變形觀測點，在滲流、變形監(jiān)測設施方面仍需完善改進，建議將檢測信號線端口接入水閘危機監(jiān)控系統(tǒng)內，以方便實時監(jiān)控攔河壩的運行。

［1］周建國，曹炬，姚金斌，單片機與PC機實現(xiàn)電動閘門控制系統(tǒng)設計，計算機自動測量與控制，2001、9．

［2］SL75-94，水閘技術管理規(guī)程［S］．1994．

［3］劉柏青．水利工程管理自動化［M］．武漢大學出版社，2002．