潘凱 唐演 戴金龍

摘? 要：本文以二河閘水閘為案例進行了自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構建，有效提升了自動化監(jiān)控系統(tǒng)在水閘運行管理中的應用。主要從分層分布開放式設計、硬件搭建、軟件編寫等方面對二河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行分析，實現(xiàn)水閘的自動化和智能化操作，提高二河閘運行的安全性和可靠性，有效提高了資源共享和數(shù)據(jù)利用，保障了二河閘的供水穩(wěn)定和水域安全。

關鍵詞：二河閘 ?水閘 ?自動化監(jiān)控系統(tǒng) ?構建

中圖分類號：TP29? 文獻標識碼：B

Research on Construction of Automatic Monitoring System of Erhe Sluice

PAN Kai? TANG Yan? DAI Jinlong

（Jiangsu Huaishu New River Administration Office， Huai'an， Jiangsu Province，? 223001 China）

Abstract： Taking Erhe Sluice as an example， the construction of automatic monitoring system was carried out in this paper， which effectively promoted the application of automatic monitoring system in sluice operation management. It mainly analyzes the automatic monitoring system of Erhe Sluice from the aspects of layered distributed open design， hardware construction and software compilation， realizes the automatic and intelligent operation of the sluice， improves the safety and reliability of the operation of Erhe Sluice， effectively improves the resource sharing and data utilization， and ensures the stability of water supply and water safety of Erhe Sluice.

Key Words： Erhe Sluice; Sluice; Automatic monitoring system; Construction

1工程概況

本文以二河閘水閘為實際工程案例，相應展開自動化監(jiān)控系統(tǒng)的研究與分析。二河閘水閘地處江蘇省淮安市，作為重要工程項目，不僅是淮水北調(diào)的渠首工程，同時也是引沂濟淮的主要工程，在當?shù)匕l(fā)揮著諸多效用，具備泄洪、灌溉的多重職能，帶動當?shù)厣鷳B(tài)效益和經(jīng)濟效益的協(xié)同增長。事實上，在二河閘水閘工程建設中，通過二河閘水閘的作用，能夠切實提高當?shù)匕踩院涂煽啃?，把洪水災害從原?0年一遇的情況，直接改變成為300年一遇，提高防洪水平，切實強化二河閘水閘自身的泄洪職能。并且，正是基于二河閘水閘的作用，能夠著力應對洪水問題，即使出現(xiàn)洪水情況，也能夠在二河閘水閘的建設下，切實保障下河地區(qū)的安全性和可靠性，將洪水造成的損失降到最低，切實保障下河地區(qū)人民的生命健康和財產(chǎn)安全。

從二河閘水閘自身結構來講，以鋼筋混凝土結構為主體結構，鋼筋混凝土結構一共包含12塊底板，結構較為穩(wěn)定可靠，孔高、孔寬分別設置為8m、10m。整個工程中，二河閘水閘閘頂、閘底板高程則分別設置為19m和8m，二河閘水閘的閘門則選擇應用實腹式弧形鋼閘門，實腹式弧形鋼閘門自身穩(wěn)定性強，也不易受到外界環(huán)境的影響，為了強化二河閘水閘的效果，同時準備了35臺應用規(guī)格為2×250kN卷揚式啟閉機啟閉。二河閘水閘的岸墻部分，則采用典型的鋼筋混凝土空箱扶壁式，鋼筋混凝土空箱扶壁式岸墻是應用較為廣泛的一種岸墻形式，自身能夠根據(jù)支撐環(huán)境合理把控岸墻高度和墻身結構尺寸，頂部高程則直接將其設置為19m。為保證水閘運行狀況良好，構建了二河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

2二河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構建

二河閘水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋控制、監(jiān)測、布線、控制軟件平臺開發(fā)等較多的技術內(nèi)容，本文主要從門開度、閘前后水位、視頻等技術方面，進行系統(tǒng)構建、技術實現(xiàn)、功能特點及信息采集與傳輸方面的研究。

2.1系統(tǒng)結構構建技術研究

水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)結構分為3層，現(xiàn)場控制層—調(diào)度中心層—上級監(jiān)管層。針對每個單獨的閘門監(jiān)控系統(tǒng)，構建現(xiàn)場控制層，使其自成體系，可以獨立完成對本獨立閘門的監(jiān)測和控制功能。也正是通過水閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的搭建，能夠直接采集數(shù)據(jù)信息、傳送數(shù)據(jù)信息，無論是閘門狀態(tài)、閘門開度，還是閘門控制命令、視頻監(jiān)視、電機常規(guī)參數(shù)等信息，都可以直接通過以太網(wǎng)傳輸至調(diào)度中心^[1-4]。調(diào)度中心層，通過水利專網(wǎng)接收各閘門監(jiān)控系統(tǒng)各監(jiān)控信息，借助中心決策支持系統(tǒng)平臺，進行數(shù)據(jù)的分析、存儲、查詢、處理等，并按照整個區(qū)域的灌溉規(guī)劃進行灌溉命令的下發(fā);同時對上級監(jiān)管部門留有數(shù)據(jù)接口，具有系統(tǒng)擴展功能，實現(xiàn)多級管理（見圖1）。

當前階段，無論是國內(nèi)自動化監(jiān)控系統(tǒng)，還是國外自動化監(jiān)控系統(tǒng)，主要包括3種系統(tǒng)結構，第一種自動化監(jiān)控系統(tǒng)結構為集中式，第二種自動化監(jiān)控系統(tǒng)結構為分布式，第三種自動化監(jiān)控系統(tǒng)結構為現(xiàn)場總線式。每一種結構的應用方式和應用特點也存在一些差異，需要結合地區(qū)特點，選擇更加合理的系統(tǒng)結構，切實保證自動化監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。對于采用集中式系統(tǒng)結構的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，整個系統(tǒng)監(jiān)控工作只需要準備一臺監(jiān)控裝置，這也就使得整個監(jiān)控工作很大程度上都會受到監(jiān)控裝置的影響，一旦出現(xiàn)監(jiān)控裝置質(zhì)量故障，就會影響到整個自動化監(jiān)控系統(tǒng)的正常操作，嚴重時甚至造成系統(tǒng)癱瘓。并且，采用集中式系統(tǒng)結構的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，信號電纜傳送很容易受到外界環(huán)境的干擾，模擬信號傳輸可靠性和穩(wěn)定性都較差，即使監(jiān)控裝置并沒有出現(xiàn)故障，也有可能由于信號傳輸，造成后續(xù)出現(xiàn)質(zhì)量問題。對于采用分布式系統(tǒng)結構的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，不再絕對受制于監(jiān)控裝置的影響，能夠基于信息種類變化，將監(jiān)控裝置進行合理安裝，安裝位置也不會受到任何限制，即使其中一臺監(jiān)控裝置出現(xiàn)質(zhì)量問題，各個監(jiān)控裝置彼此之間保持著相對獨立的狀態(tài)，也不會由于破損裝置，導致后續(xù)監(jiān)控工作出現(xiàn)問題，由此可見，分布式系統(tǒng)結構的自動化監(jiān)控系統(tǒng)自身穩(wěn)定性較高，是當前應用較為廣泛的一種系統(tǒng)結構。對于現(xiàn)場總線式系統(tǒng)結構的自動監(jiān)控系統(tǒng)，不同于上述兩種監(jiān)控系統(tǒng)，從監(jiān)控裝置進行分析，將其中的部分功能延伸出來，并將監(jiān)控裝置部分功能直接分配到傳感器，使得傳感器能夠具備監(jiān)控裝置的部分職能。需要注意的是，這個過程中使用的傳感器為智能傳感器，當傳感器處于正常運行狀態(tài)，最終生成的信號則為數(shù)字信號，與集中式系統(tǒng)結構的自動監(jiān)控系統(tǒng)相比，傳輸過程不易受到干擾，能夠保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在對二河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行構建時，則采用分布式系統(tǒng)結構。多閘門自動控制系統(tǒng)結構則如圖2所示。

在多閘門自動控制系統(tǒng)中，包含多個設備，不僅有監(jiān)控主機、傳感器，同時還有閘門測控終端機（PLC），每個設備的應用方式和應用功能存在差別，其中監(jiān)控主機能夠直接和各個閘門測控終端機相聯(lián)系，完成數(shù)據(jù)通信的作用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲等一系列操作，還可以借助監(jiān)控主機的作用，完成監(jiān)控主機和用戶交互，直接向用戶傳送命令，構建形成一個相對穩(wěn)定的系統(tǒng)空間^[5]。對于閘門測控終端機（PLC），則主要集中于控制閘門、獲取閘門數(shù)據(jù)信息，保證閘門運行的穩(wěn)定性和安全性^[5-6]。

2.3系統(tǒng)功能規(guī)劃

（1）數(shù)據(jù)實時采集。獲取得到基本工作電量、閘前水位、閘后水位等數(shù)據(jù)信息，還可以基于水位計算m過閘流量。

（2）閘門起閉控制。靈活把控閘門閘位。

（3）系統(tǒng)緊急狀態(tài)急?？刂啤Ｒ坏┰庥鐾话l(fā)事故，能夠實施急停控制。

（4）切換工作方式。通過硬件動作，識別實現(xiàn)監(jiān)測站自動控制等方式。

（5）系統(tǒng)運行故障保護。若閘門運行期間出現(xiàn)系統(tǒng)故障問題，則會相應做出故障保護，如閘門卡死、閘門下滑等。

（6）掉電保護。避免由于交流掉電，造成數(shù)據(jù)丟失，確保現(xiàn)場數(shù)據(jù)的完整性和真實性。

（7）信息采集與傳輸。通過安裝閘位傳感器、測報終端機，設置為GPRS通信模式，直接進行數(shù)據(jù)采集與分析，獲取得到的數(shù)據(jù)信息，最終一同傳送到管理局監(jiān)控中心。

（8）控制優(yōu)先級規(guī)劃。此規(guī)劃是一個監(jiān)控系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行的必然條件，本系統(tǒng)相對優(yōu)先級由低到高：現(xiàn)場手動按鈕—現(xiàn)場控制柜鍵盤—現(xiàn)場監(jiān)控主機—遠程配水控制中心，絕對優(yōu)先級由低到高則是遠程配水控制中心—現(xiàn)場監(jiān)控主機—現(xiàn)場控制柜鍵盤—現(xiàn)場手動按鈕，即現(xiàn)場手動部分絕對控制權最高，如圖3所示。

2.3閘門遠程監(jiān)測系統(tǒng)平臺開發(fā)

根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)場和遠程運行特點，在調(diào)度中心借助網(wǎng)絡組態(tài)軟件平臺，進行閘門遠程監(jiān)控系統(tǒng)平臺開發(fā)。本系統(tǒng)平臺具有單獨閘門監(jiān)控的實時3D動態(tài)模擬功能。各閘門的監(jiān)控信息通過軟件平臺進行監(jiān)測、控制、查詢和歷史數(shù)據(jù)的整編、分析等功能。通過軟件平臺可對本灌溉區(qū)域內(nèi)的多個閘門進行綜合調(diào)度和查詢、分析等。同時，本系統(tǒng)留有上級主管部門數(shù)據(jù)接口，根據(jù)需要可與主管部門管理平臺進行實現(xiàn)無縫對接，實現(xiàn)多級綜合管理。

3結語

綜上所述，對二河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構建要點展開分析具有十分重要的意義。二河閘自動化監(jiān)控系統(tǒng)應用范圍廣泛，不僅能夠實現(xiàn)水閘船閘啟閉機的靈活控制，還可以完成水文數(shù)據(jù)、水工建筑物的全過程監(jiān)控與分析，以技術為支撐，有效提高資源共享和數(shù)據(jù)利用，保障了二河閘的供水穩(wěn)定和水域安全。

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