自動化監控系統在江蘇大豐四卯酉閘的應用

周建華　顧曉銘　董海鵬

摘要：王港閘位于江蘇省大豐市境內四卯酉河上，屬國家大中型沿海擋潮閘。該閘建成于1977年7月，為鋼筋式結構，總寬69.5米，設有11孔，其中第1孔為通航孔，凈寬8米，其余10孔為泄水擋潮孔，每孔凈寬為5米，總凈寬58米，設計最大流量818立方米/秒，日平均流量290立方米/秒。該閘為保證大豐市乃至里下河地區防洪安全和經濟穩定、高速發展發揮了至關重要的作用。

關鍵詞：自動化；系統

該閘原先的控制方式為現場就地式，每次閘門啟閉需多名管理人員在啟閉室內來回奔波逐臺操作，工作強度大、操作復雜，不但費神費力，而且極易發生誤操作現象，為適應沿海擋潮泄洪閘管理現代化、科學化的要求，提高工程設施運行管理水平，確保涵閘的安全運行，在2007年除險加固工程中實施了閘門自動化監控系統項目，該系統具有安全、可靠、先進、可操作性強等優點，自2007年5月投運以來，系統運行一直正常，符合沿海擋潮泄洪閘工況，取得了良好的效果。

1 自動化改造系統結構

大豐市四卯酉閘自動化改造按照閘門啟閉現代化的原則設計，該系統由四卯酉閘計算機控制系統、視頻監視系統組成，監控室設兩臺工程機，一臺用于監視現場，可在第一時間內近距離監視設備的運行狀況；另一臺用于閘門啟閉及其他設備的控制。為保證閘門安全運行，設計中還提供手動控制和自動控制兩種方式。

1．1 計算機控制系統

系統軟件功能

測量與控制。對上、下游水位實時自動測量；閘門高度實時自動測量；閘門開度自動與手動控制；實時巡測每臺啟閉機工作狀態、雨量、潮位實時測量。

顯示。圖形化顯示各實測數據和歷史數據，顯示閘門運行工況，全面顯示閘門電氣運行工況，顯示一次回路各交流接觸器開關分合狀態（對現場異常情況進行分析、判斷發生故障原因，并發聲光報警信號），顯示故障情況，顯示參數設置。閘門高度和上、下游水位現場顯示，圖表顯示所有數據。

記錄。閘門啟閉時對所測流量數據和閘開度、水位每隔一定時間保存一組，閘門關閉時水位按設定的時間間隔測量，并帶時存入數據庫，在閘門啟閉時記錄啟閉運作和啟閉前后狀態，記錄報警情況，打印各種實時、歷史數據和統計數據及報警情況。

網絡傳輸。具有與上級管理部門進行光纖接口，在接受上級管理部門的調度、控制同時發送本閘實時信息。

1．2 界面與報表

監控界面圖形說明：系統主界面：以王港閘全景圖為背景；全閘監控：11孔閘門位置圖形顯示；閘門監視：除含有該孔閘門的位置圖形和開度數據顯示外，還設有“開閘”、“關閘”、“停止”3個模擬操作按鈕和“上升”“下降”2個運行指示燈，在輸入口令正確的情況下，還可設定上升或下降預置值，控制該閘門上升或下降到某一預設的開度值；流量顯示：按日、月、季、年顯示流量曲線和相關數據，給定時段內的累計進、退水量；水位顯示：顯示當前上、下游水位值；電氣參量顯示：顯示每臺啟閉機的電流值和開關的分合狀態；故障顯示：顯示當前各孔閘門開度值，各孔閘門故障（不到位，越限等）的統計記錄，同時還能顯示給定段內的各次故障記錄值；參數設置：不同操作人員擁有不同的密碼，密碼分為兩級，維護級人員在輸密碼和口令正確的情況下，可對各種參數進行預置，對閘門開度進行預置及啟閉操作。

1．3 編程原則

本系統軟件平臺window2000，編程語言為VB6.0，數據庫結構語言為SQL SERVER6.0。

編程內容：動態顯示閘門運行；圖形化顯示監測數據；實時數據與歷史數據趨勢；預置和隨機設置閘門啟閉控制；實時日、月報表；建立數據庫；信息打印、圖表輸出；電氣參數圖；異常情況報警及分析記錄。

1．4 傳輸與通信

傳感器信號傳輸。上、下游水位、閘門傳感器由標準直流電壓信號控制，格雷碼反饋信號傳輸經內部數據總線測量后轉換成標準信號，直接得到上、下游水位值和閘門開度。

閘門操作機構信號傳輸。閘門測控終端直流繼電器輸出開關量信號，驅動中間繼電器，控制開關柜中的交流接觸器使啟閉機動作。

通訊總線的數據通信。通信系統支持交互通信方式，各工作終端采用掛接式人通訊網絡。傳輸介質選用雙絞線和同軸線，各終端與上位機采用RS485通訊總線，冗余式傳輸網絡，通信系統發生故障自動報警。

計算機視頻監控系統。計算機硬盤錄像監控管理系統，共設13個監控點。機房11臺啟閉機設一臺全方位彩色變焦攝像機，對啟閉機的運行狀態進行實時監控；工作橋下設2臺彩色變焦攝像機，對各擋潮泄洪孔情況進行實時監控；閘上、下游各設1臺全方位彩色變焦攝像機，對閘上、下游過往船只通航現狀及閘上、下游水流形態進行實時監視。視頻監控系統能進行8通道、長時間、連續視頻錄像至硬盤保存，視頻攝像清晰度≥400線，視頻攝像最低照度0.2Lux，可以隨時查看歷史錄像，并可通過網絡進行視頻監控功能。

2 控制系統

系統配置研華IPC610工控機，CPU≥2.8G，500G雙硬盤，可觸摸式屏，HP激光打印機，山特在線不間斷電源各一件。

改造后的控制系統分5個部分，由水位測量、閘門控制、啟閉機電量測量和遠程控制4模塊組成，置于監控室。

2.1 水位測量模塊

SWC-B水位測量儀，接觸式編碼，流水作業閏升降的同時同步帶動現場水中浮子升降，浮子升降后的位置使浮子式水位傳感器得到一模擬信號，經內部遠件轉換為4-20ma的電信號，功能模塊將電信號轉變為數字信號，使水位在水位測量儀上準確反映并及時傳輸給微機。

主要技術數據：水位變幅：0-80m；通信接口：rs422 rs232；水位變率：≤80cm/min；警戒水位預置，越限自動聲光報警；顯示位數：五位紅色LED顯示。

2.2 閘門測控模塊

DZK-B閘門測控儀現場測控，由接觸碼盤式閘門傳感器傳遞4-20ma的電信號入功能模塊，功能模塊將電信號轉變為數字信號，傳感器通過傳動齒輪與啟閉機主軸或主令開關聯結，閘位計輸出琥比于閘門開度的數據，現場安裝，可現地手動控制也可通過功能模塊下達指令實施遠方控制。

主要技術數據：測量范圍：0-40m；分辨率:1cm；通訊接口:rS422；顯示位數:4位led顯示；控制觸點:10A28VDC/7A 240V AC；報警方式：內置蜂鳴器或外接電鈴。

2.3 啟閉機電量測量模塊

CD19系列設備具有計算機通信接口輸出4-20ma電信號，經功能模塊轉換為數字信號通過RS485串行通信總線與上位機通信，及時傳送電氣參數信息。開關量的測量采用ADAM模塊，通過RS485接口直接與上位機通訊。

2.4 遠程控制模塊

采用威達工控開放型嵌入式控制器--牛頓一線通，通過功能模塊外附加的控制繼電器控制相關的啟閉機電源開關，通過微機化操作實現系統的綜合自動控制。模塊不僅能實現在監控室內對受控設備的控制，還可通過無線網橋實現更遠距離的自動控制化控制。

3 防雷保護系統

處于雷電多發地區的王港閘，為避免監控系統遭受雷電的破壞，采取如下防護措施：

3.1 環境防雷：完善閘壩避雷針、避雷帶以及地網系統，防止直擊雷的破壞；

3.2 動力電源防雷：在電源總入口處的三相動力線上，安裝大電流“電源防浪涌保護器”，防止直擊雷或感應雷經動力電源線串入監控系統；

3.3 數據網絡防雷：在數據線接口處加裝“數據網絡避雷器”，裸露于室外的設備外殼加屏蔽罩并可靠接地。

結語

本系統具有安全可靠性、先進性、經濟性、實用性和易操作與維護等優點，投運一年多來，系統運行一切正常，對各頻繁開啟的沿海擋潮泄洪閘具有一定的推廣價值。