自動化監控系統在垛莊水庫工程中的應用

侯德國，崔　巖（山東水利工程總公司，山東 濟南 250014）

自動化監控系統在垛莊水庫工程中的應用

侯德國，崔巖
（山東水利工程總公司，山東 濟南 250014）

【摘要】闡述了自動化監控系統在垛莊水庫工程中的應用情況，分析了系統的結構與各部分的功能。實踐證明，自動化監控系統應用到水庫工程中具有費省效宏的作用，為類似工程提供了借鑒。【關鍵詞】信息化建設；涵閘；水庫；自動化監控系統

章丘市垛莊水庫是一座以防洪、灌溉為主，兼有供水、旅游等功能的中型水庫，始建于1966年，總庫容1 189萬m3，擴容后增加到1 421萬m3。水庫自建成以來，在保障人民群眾生命財產安全和防洪安全、灌溉供水等方面發揮了顯著效益。為提高水庫綜合保障能力和防洪標準，對水庫大壩進行了加高加固，溢洪道（閘）進行了拆除重建，放水洞進行了改建，同時對水庫觀測、管理設施也進行了改建。為了提高水庫管理的自動化水平，水庫擴建后新增設了溢洪閘、大壩安全監測、放水洞測控、視頻監測、水情自動測報5個自動化監控系統，各系統功能如下:

1　系統組成

垛莊水庫溢洪閘監控系統和管理機構主要由橋頭堡現場控制和調度中心等構成。溢洪閘現場監控系統主要由溢洪閘水位、流量、閘門控制和視頻安全監測有關的硬件和監控軟件組成。調度室采用Client/Server的方式采集PLC的數據，設置1臺工作員操作站，采集和保存整個系統的數據信息，使用力控作為上位機監控操作軟件，通過以太網和PLC通信，通信介質為光纜。設置1臺視頻監控主機，監控并記錄現場畫面，設置1臺投影儀將監控畫面直觀的顯示出來。還設有1 臺UPS電源保證系統在失去交流供電電源時有足夠的時間完成數據的保存，保證關鍵設備運行等操作，避免系統在突然掉電時丟失數據、設備損壞。

2　系統功能

總體系統設計采用西門子S7系列的PLC作為系統的控制單元，實現涵閘運行檢測、涵閘運行控制、水庫水位檢測、放水洞運行等控制。系統將現場采集到的數據通過以太網傳送到調度中心的計算機中，調度中心計算機將接收到的數據進行處理、保存和顯示。現場的控制PLC在接收到調度中心計算機的指令后，根據指令做出相應的反應，如開啟閘門、關閉閘門等，并且還可以將當地每年的降水情況統計后寫入計算機中，提高抗旱、抗洪的能力。

2.1溢洪閘控制系統

垛莊水庫除險加固工程溢洪閘控制系統主要包括對3孔閘門開啟高度、閘前水位流量、泄水總量的自動化控制，安裝閘前水位檢測等。該系統現場采用西門子S7-300型PLC及若干模擬量、數字量采集模塊和通訊模塊，可實現對閘門的升降全過程控制，并實現閘門升降過程中各種工況參數的自動采集與監視，以及故障報警和故障處理，還可以通過通訊實現觸摸屏及遠程控制，并可監視各種工況參數。

系統采用全計算機監控及后備手動控制方式，從而提高系統的可靠性。采用網絡化設計，基于以太網方式通訊，實現現場監控終端與微機控制室、水庫管理及遠方水利局中央監控室的通訊。

2.2大壩安全監測系統

大壩監測系統采用智能監測技術，主要功能：壩底滲壓力及壩前、壩后水位等數據的實時采集和顯示；實時、歷史數據報表及變化趨勢曲線的顯示和打印；數值越值報警；歷史數據的存儲。監測系統要求界面美觀，操作方便，數據顯示直觀準確、實時性好，數據存儲方便、保存時間長，硬件系統采用模塊化結構和標準接口，易擴展，抗干擾能力強，運行穩定等。自動監測儀器和系統必須正確反映大壩的工作性態和不同時期的變化情況，要求低故障、高可靠性，監測系統采用的儀器具有人工觀測和自動觀測雙重功能。

采用分布式數據采集系統，降低故障率，提高準確性和采集速度，擴展性強。所有監測參量均能實現人工比測。充分考慮防潮、防雷、抗干擾等技術措施，把由于自然、人為因素造成的系統損壞降至最低。軟件數據處理系統簡單實用，功能強，容易操作。

垛莊水庫大壩安全監測系統工程由主站級、現場測控級和測控終端級3部分組成，主站級能迅速可靠、準確有效地完成閘底滲流集中監測，保證各種監測參數的實時監視。還要完成對整個系統運行管理，包括數據存檔、檢索、運行報表生成打印、對外通信管理等。現場測控級主要由現場測控單元組成，現場測控單元實現各滲壓傳感器等的自動數據采集，為了保證信號的傳輸質量，每個斷面設計1臺現場測控單元，負責采集每個斷面的傳感器信號，然后通過工業以太網交換機，以光纜為傳輸介質實現數據到主站管理計算機的遠傳。測控終端級主要由滲壓計等傳感器組成，滲壓計安裝在各斷面的滲壓管內，實現各對各個斷面測點滲壓管內壓力的采集，并將采集信號傳輸到現場測控級中的現場測控單元中。

2.3放水洞監控系統

放水洞監控系統由監控主機（與溢洪閘監控系統共用）、現場控制箱、西門子PLC、超聲波流量計、網絡交換機組成。）監控主機除能迅速可靠、準確有效地完成對放水洞閥門的控制以及流量、泄水總量的自動監測外，還要完成對整個系統的運行管理，包括數據存檔、檢索、運行報表生成與打印、操作記錄、異常記錄并報警、對外通信管理等。通過西門子PLC主要完成對各閘閥的安全監視和控制。通過網絡交換機實現放水洞現場控制箱與監控主機及水利局總控制級的通訊。

2.4視頻監控系統

本系統建設選用數字化、網絡化的基于TCP/ IP網絡協議的網絡化數字視頻監控系統，并盡量做到系統能自動接納、升級。整個系統可分為3部分，第一部分是視頻監視前端，即現場監視點；第二部分是中控室視頻監控中心；第三部分是視頻圖像傳輸網絡。監控中心由視頻監控主機和8路硬盤錄像機等組成。通過硬盤錄像機的管理軟件可以方便的控制、切換監視器上的圖像；可以將監視圖像進行硬盤錄像，存入文件服務器；可以遠程控制遠端監視設備，具有系統配置和用戶管理的功能，同時支持將IP視頻數據流接收到Web信息資源整合平臺供瀏覽共享。

2.5雨情測報系統

因與水文站難以聯網，而用于水文自動化測報系統的雨量計幾乎都是翻斗式雨量計，國內外都是這樣，其他還有一些可用于自動化系統的雨量計，如浮子式雨量計、壓力式雨量計等等也可以用于自動化系統，但都還處于初期發展階段，目前只有很少量儀器實際應用，所以最終選用翻斗式雨量計。而在水文自動測報系統中雨量精確度一般在0.1mm以上，所以選用單翻斗雨量計。

JDZ02—1型翻斗式雨量計輸出為開關量信號，為避免雷電和干擾影響，安全期間數據傳輸線路應該穿入金屬管埋在地下或墻壁之中，不能空中架設。開關量信號由雨量監測采集裝置通過RS485信號接入工控機，由程序負責記數，并存入數據庫保存調用。

3　結語

經過長時間的運行證明，垛莊水庫在應用自動化監控系統后，其運行控制更加方便、安全可靠，水庫管理的自動化程度得到較大提高。實踐證明，將自動化監控系統應用到水庫工程中是可行的，不但能夠提高水庫控制管理的準確度，而且使水庫管理的智能化水平得到較大提高。自動化監控系統的應用不僅益于單個水庫管理，還可以將整個地區的水庫集中到一起，實現整個地區水庫管理的集中管控，以達到費省效宏的目的。

（責任編輯 趙其芬）

【中圖分類號】TV697

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-09-0018-02

收稿日期：2015-05-30

作者簡介：侯德國（1981—），男，工程師