自動化監控系統在錫東新城水利工程管理中的應用

曾磊

【摘 要】 近年來，隨著物聯網技術在無錫的普及和發展，錫山區（錫東新城）對水利自動化信息技術提出了更高要求和課題，通過建設5處主要水利控制設施和7處河道水質監測點，以自動化監控系統為手段，設計了自動化控制系統的總體構架、功能特點及應用情況，實現了錫東新城水利工程管理的科學化、精細化和自動化。

【關鍵詞】 自動化 ?控制 ?水利 ?應用

1 工程概況

錫東新城水利自動化監控系統工程位于高鐵商務區（安鎮街道）范圍內，北至錫虞路，東至走馬塘，西、南至春豐河，所轄面積45.62平方公里。目前共有5處主要水利控制設施，分別是九里河東樞紐、吼山浜閘站、九里河西鋼壩、芙蓉塘閘站及西倉浜節制閘;另外還設有7處河道水質監測點。目前，“重建輕管”、工作效率低、工程信息傳送慢且滯后等現象普遍存在。因此，在信息高速發展的今天，充分利用現代物聯網技術，建設高標準、科學化、精細化的自動化監控系統既是高鐵商務區建設發展的需要，更是保障高鐵商務區甚至無錫市運東大包圍防洪排澇、水生態和水安全的需要。

2 系統總體構架

監控系統按“無人值班、少人值守”進行總體設計，本著安全可靠、技術先進、經濟、實用的原則進行配置。自動化監控系統主要分為九里河東樞紐東、西閘首閘門、吼山浜閘站閘門及泵站、芙蓉塘閘站閘門及泵站、九里河西鋼壩閘門、西倉浜節制閘監控系統以及視頻監視系統;5個水質監測站的視頻監視系統;2個水質監測站的儀器檢測系統;芙蓉塘中心站自動化監控系統。

3 系統實現功能

自動化監控系統主要分為監控中心系統和現地控制系統二大組成部分。其中：監控中心系統即芙蓉塘監控中心（安鎮水利管理站）;現地控制系統包括九里河東樞紐（含東、西閘首）、吼山浜閘站、芙蓉塘閘站、九里河西鋼壩、西倉浜節制閘5大子系統。

芙蓉塘監控中心計算機監控系統由監控工作站和監控服務器組成。現地控制系統采用現地控制單元PLC系統（PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同）。

3.1 監控中心系統功能與實現

監控中心負責監控管理整個系統，具有最高的系統管理權限和遠程控制權限，并且負責實時監控與綜合調度，包括數據集成及處理、安全運行監視、實時控制與調水、水資源綜合調度等功能。

3.1.1 芙蓉塘監控中心結構設計

芙蓉塘監控中心（主控級）結構設計主要包括監控工控機、服務器、視頻工控機三個設備，此三個設備通過連接交換機，一頭接到PLC控制柜，另一頭接硬盤錄像機。

3.1.2 芙蓉塘主控室實現方式

芙蓉塘主控室，在主控級實現對下屬6個閘門及泵站的相關電氣設備的監視、控制。主要包括以下方式：（1）遠程自動控制：主控室內主控級計算機按預先給定的控制要求和其他限制條件，系統自動完成對閘門和泵組的開關、停控制，數據實時采集、巡檢閘門和泵組的各個電氣設備數據和狀態信號，實現水量、電量、運行時間等各類數據的入庫、統計、計算和輸出等。（2）操作人員控制臺控制：操作人員在主控室通過控制臺上的顯示器、鍵盤、鼠標等設備對工程電氣設備、閘門進行遠程操作，可實現全部過程自動執行方式或采用分步按順序組執行的方式。（3）中控室的視頻監控：操作人員可在視頻監控主機上實現24小時的視頻監控，清楚的觀察水質和周圍環境狀況。并能實現24小時錄像方便以后調取錄像查閱。（4）水質監測：通過網絡讀取前端水質檢測儀的數據，實時了解水質情況，當監測得到水質參數超過設定值時實現報警提醒。

3.2 現地站系統功能與實現

現地站主要涉及需要直接監控的水工建筑物現地站6處，即九里河東樞紐（含東、西閘首）、吼山浜閘站、芙蓉塘閘站、九里河西鋼壩、西倉浜節制閘。7個水質監測點主要通過實時視頻圖像及水質檢測儀對水質情況進行監控。現地控制主要包括數據轉換與傳輸、數據信號顯示、數據采集與處理及實時手動控制等功能。其中：數據采集包括水位、閘門開度、電機開關量、泵組開關量、電壓、電流、輸水量、開啟時間、水質等。

現地站的功能與實現：（1）連續采集：可以獲得24小時連續的監測水位、水質數據;（2）自動處理：能對收集到的數據進行處理和儲存;（3）自動傳輸：將監測的數據自動傳送到芙蓉塘控制中心;（4）直觀顯示：可以實時顯示儀器儀表運行狀態和監測數據;（5）自動報警：當監測數據發生較大變化時自動報警;（6）設備運轉狀態管理：系統設備具備自動運行、停電保護、來電自動恢復功能、反向控制功能;（7）水質五常規檢測：PH值、水溫、濁度、溶解氧、導電率。

3.3 數據網絡傳輸的設計與功能實現

考慮到高鐵商務區目前建成的各個建筑物站點分布零散，且所在區域按規劃為商務中心、高層建筑較多的實際情況，我們對3G網絡、GPRS、WLAN（無線局域網）、無線數傳電臺、固定IP接入公網這幾種常用的信息通訊方式進行優劣比較，綜合考慮各站點的地理分布情況以及業務功能，由于吼山浜閘以及吼山浜水質監測點位于吼山的西北側，與其他站點之間間隔吼山，不適用短波、微波等需要直線無阻擋物的無線通訊方式，并考慮系統建設的經濟投入產出比，該系統的網絡方案，以各站點采用固定IP接入公網的方式為主，并同時使用3G網絡作為備用信道。這樣選擇可以較經濟的解決各站點與主控站之間的信息數據傳輸問題，并且數據傳輸安全可靠與穩定。

4 系統應用情況

錫東新城水利自動化監控系統自建成應用至今，運行可靠;同時，注入了物聯網等高科技手段，滿足水利工程現代化運行管理的需要，極大地提高了工程管理信息化水平，也為其他地區的水利工程自動化管理起到示范帶頭作用。通過應用實踐，筆者認為系統需要在網絡安全方面進行完善，隨著網絡安全面臨的威脅越來越嚴重，工程自動化監控系統的安全運行至關重要，系統現在只配備了單機防病毒軟件，亟需配置網絡防火墻應對網絡威脅，保證自動化系統安全可靠運行，充分發揮錫東新城水利自動化監控系統的綜合效益。