于洪亮

江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200

1 宜陵閘工程運(yùn)行管理概述

宜陵閘位于揚(yáng)州市江都區(qū)宜陵鎮(zhèn)，是新通揚(yáng)運(yùn)河引排控制工程之一。該閘建成于1963年，具有控制水位，調(diào)節(jié)新通揚(yáng)運(yùn)河、三陽(yáng)河引排水，并兼顧通航等綜合功能，是江都水利樞紐工程的重要組成部分。該閘設(shè)計(jì)流量為300m3/s，共13孔，其中右岸側(cè)設(shè)通航孔。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技高發(fā)展的前提下，為了能更好地適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展，水閘管理必須滿足高要求，提高水利工程效益及管理水平。在水閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)的啟閉機(jī)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了水閘自動(dòng)化控制，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)運(yùn)行。

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為分層分布開(kāi)放式星形結(jié)構(gòu)，分為兩級(jí)，即主控級(jí)與現(xiàn)地級(jí)。現(xiàn)地監(jiān)控單元與監(jiān)控工作站采用以太網(wǎng)方式與交換機(jī)連接，傳感器通過(guò)RS－485串行通信口或4～20mA輸出與PLC連接。

控制權(quán)分控制室、現(xiàn)地兩級(jí)，可以進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換。系統(tǒng)的控制權(quán)限越接近設(shè)備，控制權(quán)限越高。主控級(jí)設(shè)于宜陵閘控制室內(nèi)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將節(jié)制閘、通航閘實(shí)時(shí)運(yùn)行信息與數(shù)據(jù)（如運(yùn)行參數(shù)、閘門開(kāi)度、水位曲線、流量等）上傳至控制室。通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)地控制級(jí)建立通信，通過(guò)工作站的監(jiān)測(cè)監(jiān)控界面，顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)，同時(shí)下發(fā)控制命令，監(jiān)督現(xiàn)地監(jiān)控單元對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控命令的執(zhí)行。

現(xiàn)地控制級(jí)是系統(tǒng)最后一級(jí)也是最優(yōu)先的一級(jí)控制，它向下接收各類傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入輸出信息，采集設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信號(hào)；向上接收上級(jí)控制主機(jī)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控命令，并上傳現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息，實(shí)施對(duì)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制?，F(xiàn)地控制單元設(shè)1套PLC，安裝于1塊控制屏內(nèi)（與低壓柜并列安裝，外形尺寸同低壓柜）。PLC配置電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)通信模塊、開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊和模擬量模塊（I/O點(diǎn)數(shù)應(yīng)留有30%的容量裕度），PLC控制1#～13#孔閘門與公共設(shè)備?？刂破僚渲?塊10"液晶觸摸屏。

宜陵閘共有13孔，2孔閘門設(shè)1只落地式現(xiàn)地控制箱，通航孔單獨(dú)設(shè)1只現(xiàn)地控制箱，共有7只現(xiàn)地控制箱?？刂葡溲b有閘門開(kāi)度顯示儀表，具有閘門狀態(tài)指示、閘門開(kāi)度顯示?？刂葡涿姘迳涎b有現(xiàn)地（遠(yuǎn)方）切換開(kāi)關(guān)、按鈕與信號(hào)燈等，內(nèi)部裝有帶電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的空氣斷路器、交流接觸器和低壓電機(jī)保護(hù)裝置等；1#控制箱裝有上下游水位顯示儀表。宜陵閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 宜陵閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

3.1 數(shù)據(jù)采集與處理

系統(tǒng)可巡測(cè)節(jié)制閘各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與狀態(tài)信號(hào)，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理，并建立當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容如下：模擬量，電氣模擬量，非電量及干式變壓器溫度、水位等；開(kāi)關(guān)量，狀態(tài)信號(hào)，事故信號(hào)等；數(shù)字量，開(kāi)度、智能儀表的電量測(cè)量等。

3.2 信號(hào)量值的設(shè)定

在使用的過(guò)程中，會(huì)發(fā)生設(shè)備故障等原因?qū)е碌男盘?hào)出錯(cuò)，而人工可以設(shè)定分析處理的信號(hào)量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許工作人員及系統(tǒng)操作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行人工設(shè)置，在設(shè)置之后，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)正常處理設(shè)置后所收集的信息，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的標(biāo)志來(lái)區(qū)分它們。

3.3 控制與調(diào)節(jié)

運(yùn)行人員可利用鼠標(biāo)或鍵盤，根據(jù)節(jié)制閘當(dāng)前的運(yùn)行情況和控制命令，對(duì)閘門的運(yùn)行進(jìn)行控制。控制的內(nèi)容包括閘門開(kāi)、關(guān)、停操作；電氣設(shè)備的開(kāi)、關(guān)操作等。運(yùn)行人員在界面上點(diǎn)擊所控設(shè)備圖形（控鍵），界面上自動(dòng)彈出控制模擬鍵和操作流程圖，運(yùn)行人員點(diǎn)擊所需控鍵后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)施操作流程，并能在流程圖上觀察每一步的執(zhí)行情況和流程受阻情況的部位及原因，進(jìn)行開(kāi)環(huán)運(yùn)行指導(dǎo)、閉環(huán)自動(dòng)控制操作和調(diào)度。

在保證安全運(yùn)行的情況下，系統(tǒng)根據(jù)調(diào)度下達(dá)的過(guò)閘流量，根據(jù)閘門控制操作規(guī)程編制優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行程序，自動(dòng)確定開(kāi)啟閘門的孔數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)制閘最佳運(yùn)行和閘門最佳開(kāi)度運(yùn)行。

3.4 運(yùn)行監(jiān)控及事故報(bào)警

工作人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)全站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控了解設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示所有設(shè)備的運(yùn)行情況和運(yùn)行數(shù)據(jù)。

監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)某些參數(shù)及計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，工作人員可以設(shè)置參數(shù)的范圍，當(dāng)參數(shù)超過(guò)設(shè)置范圍時(shí)，可進(jìn)行越位報(bào)警；當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到參數(shù)超限時(shí)，會(huì)及時(shí)做出反應(yīng)，做出故障提示，向有關(guān)人員發(fā)出警告信息。

3.5 人機(jī)接口

線上實(shí)時(shí)監(jiān)控可使工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，工作人員可以通過(guò)控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)鍵盤，線上調(diào)整顯示畫(huà)面，顯示數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)情況，可以隨時(shí)修改參數(shù)。根據(jù)工作人員的職責(zé)不同，還可以隨時(shí)打印觀看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行日志、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

3.6 畫(huà)面顯示

畫(huà)面顯示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，扮演著不可缺少的角色。主機(jī)畫(huà)面顯示有自動(dòng)召喚和自主召喚兩種方式，自動(dòng)召喚畫(huà)面是在系統(tǒng)自己檢測(cè)到事故時(shí)，主機(jī)系統(tǒng)會(huì)自主召喚出事故現(xiàn)場(chǎng)及相應(yīng)的操作畫(huà)面，自主召喚是指在工作人員自己的操作下單方面調(diào)出所需的畫(huà)面。畫(huà)面內(nèi)容包括單線圖，上下游水位過(guò)程線，各種語(yǔ)句、表格等。畫(huà)面顯示穩(wěn)定且清晰，簡(jiǎn)單易操作。

3.7 統(tǒng)計(jì)管理

系統(tǒng)可對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及記錄，自動(dòng)發(fā)布信息提示運(yùn)行人員。統(tǒng)計(jì)的類型包括設(shè)備正常及非常投切次數(shù)、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間等。對(duì)于各設(shè)備及各主要輔助設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行變位及變位時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，必要時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。系統(tǒng)還可對(duì)參數(shù)越限及定值變更等情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及記錄，并自動(dòng)生成各類報(bào)表、日志，支持打印操作。

3.8 功能擴(kuò)展

系統(tǒng)支持軟件功能的擴(kuò)展，通過(guò)軟件通信接口與第三方的優(yōu)化調(diào)度程序進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)工程效益最大化。上級(jí)調(diào)度下發(fā)給定總流量目標(biāo)后，引排水任務(wù)即被明確，如何在上下游水位變化、水位約束、流量控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等多種因素考慮下實(shí)現(xiàn)整個(gè)閘門的優(yōu)化運(yùn)行，對(duì)于系統(tǒng)功能的整體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有決定性的意義。優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)能基于人工智能等先進(jìn)技術(shù)，建立水位的預(yù)測(cè)模型，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)利用歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)水閘特性曲線進(jìn)行標(biāo)定，建立準(zhǔn)確的水閘運(yùn)行模型。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠接收優(yōu)化調(diào)度程序計(jì)算出開(kāi)高和孔數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的調(diào)度運(yùn)行。

4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法

4.1 系統(tǒng)硬件問(wèn)題及處理方法

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由PLC進(jìn)行串聯(lián)和顯示，PLC柜中會(huì)顯示PLC的各個(gè)部件，例如顯示頭、按鈕、控制器等。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，要先檢測(cè)設(shè)備能否正常啟動(dòng)，設(shè)備線路是否正常連接；檢查每個(gè)零部件之間是否正常接觸，有無(wú)斷接現(xiàn)象；檢查電壓輸入和輸出部分是否正常，是否符合設(shè)備要求；檢查控制電源是否在正常的連接范圍之內(nèi)，有沒(méi)有損害情況出現(xiàn)。除此之外，平時(shí)要按照要求進(jìn)行合理、徹底的檢修維護(hù)工作。

在啟閉機(jī)發(fā)生故障時(shí)，主要檢查包括動(dòng)力柜在內(nèi)的交流接觸器、中間接觸器、各個(gè)開(kāi)關(guān)等，檢查這些的同時(shí)，要分析啟閉機(jī)的變速裝置和制動(dòng)裝置在日常維護(hù)的過(guò)程中是否嚴(yán)格落實(shí)。另外，閘門傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換編碼器，保證其能正常接收數(shù)據(jù)，并對(duì)機(jī)械部分進(jìn)行維護(hù)和檢修，確保其能正常運(yùn)行。

4.2 系統(tǒng)軟件故障及處理方法

監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括四大部分，即計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、基本軟件、應(yīng)用軟件及工具軟件。系統(tǒng)組成的部分較多，水利工程管理單位在使用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，要專門建立一個(gè)設(shè)備和軟件維修工作組，隊(duì)伍人員必須擁有專業(yè)素質(zhì)，要熟練掌握工作內(nèi)容，并且能夠及時(shí)處理問(wèn)題。如果自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)安裝完成，會(huì)涉及以后的更新和升級(jí)，要與相關(guān)的程序設(shè)計(jì)人員保持聯(lián)系，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，要求他們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行殺毒和維護(hù)工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)研究開(kāi)發(fā)宜陵閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)13孔閘門及戶內(nèi)變電所設(shè)備的自動(dòng)控制，提高了工程技術(shù)管理水平和運(yùn)行管理保障能力，實(shí)現(xiàn)了工程效益最大化，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用情況良好，實(shí)現(xiàn)了既定的計(jì)劃及階段性目標(biāo)。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代下，水閘管理人員要不斷學(xué)習(xí)，將自身更多活力注入水利工程的發(fā)展，促進(jìn)水利工程管理這項(xiàng)工作向網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展。