淠史杭灌區(qū)羅管節(jié)制閘信息化建設(shè)實(shí)踐

黃 娟

淠史杭灌區(qū)羅管節(jié)制閘信息化建設(shè)實(shí)踐

黃 娟

一、工程概況

淠史杭灌區(qū)是新中國(guó)成立后興建的全國(guó)最大灌區(qū)之一，是淠河、史河、杭埠河3個(gè)毗鄰灌區(qū)的總稱，位于安徽省中西部和河南省中南部，大別山余脈的丘陵地帶，橫跨長(zhǎng)江、淮河兩大流域，總面積14107 m2。灌區(qū)水源來自梅山、佛子嶺、磨子潭、響洪甸和龍河口五大水庫(kù)，總庫(kù)容達(dá)66億m3。擔(dān)負(fù)著安徽、河南兩省20個(gè)市縣（區(qū)）的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和居民生活供水重任，灌區(qū)的有效灌溉面積達(dá)1000萬畝。

羅管節(jié)制閘是淠史杭灌區(qū)設(shè)計(jì)流量最大的節(jié)制閘，位于六安市金安區(qū)三十鋪境內(nèi)，是淠河總干渠的咽喉要道，其主要職能是通過調(diào)節(jié)閘上、下水位和流量，來滿足上游淠東、杭淠、瓦西等三條干渠和下游瓦東、滁河、潛南等干渠的引水要求，協(xié)調(diào)六安、合肥兩市的供水任務(wù)。閘下控制灌溉面積409.50萬畝，設(shè)計(jì)流量172.1m3/s。

二、羅管節(jié)制閘信息化系統(tǒng)

羅管節(jié)制閘的信息化系統(tǒng)是指從淠史杭總局到羅管閘管理所組成的水閘監(jiān)視系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)視啟閉機(jī)和中控室以及上、下游水位等，系統(tǒng)能把遠(yuǎn)端的圖像信息通過網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸?shù)戒氖泛伎偩直O(jiān)控調(diào)度中心。同時(shí)在羅管閘建設(shè)一個(gè)可進(jìn)行中央數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制的閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)，即建設(shè)成集數(shù)字化、分布式數(shù)據(jù)采集，分層數(shù)據(jù)傳輸，多種顯示方式等功能于一身的SCADA系統(tǒng)。從而使該信息化系統(tǒng)具有統(tǒng)計(jì)查詢、優(yōu)化調(diào)度的功能。

羅管閘信息自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的開放、分層分布式結(jié)構(gòu)。主要由閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和局域網(wǎng)系統(tǒng)四部分組成。采用開放、分層分布式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是各子系統(tǒng)即相互獨(dú)立，又共用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，形成一個(gè)有機(jī)的整體，有力地保障了整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1.閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

羅管節(jié)制閘門計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式全分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分設(shè)現(xiàn)地測(cè)控層、監(jiān)控操作層和管理網(wǎng)絡(luò)層，分別對(duì)應(yīng)為啟閉機(jī)房（I級(jí)）、水閘控制中心（II級(jí)）、淠史杭總局管理調(diào)度中心（III級(jí)）。三層分級(jí)控制，按照設(shè)定權(quán)限級(jí)別，現(xiàn)地測(cè)控層最高，監(jiān)控操作層次之，管理網(wǎng)絡(luò)層最低。

閘門控制中心設(shè)在橋頭堡中央控制室，控制中心設(shè)備包括2臺(tái)主機(jī)兼操作員工作站，1臺(tái)激光A3打印機(jī)，1套UPS電源，1套硬件防火墻，1套操作臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

操作員工作站主要完成閘門的運(yùn)行自動(dòng)化及其管理，包括歷史數(shù)據(jù)存檔、歸類、檢索和管理，運(yùn)行報(bào)表生成與打印；人機(jī)接口功能，即完成設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制，來自現(xiàn)地控制單元的實(shí)時(shí)信息直接在顯示器上顯示刷新。

閘門現(xiàn)地控制單元（LCU柜）共3套，其中1#LCU用以監(jiān)控1～2#閘門，2#LCU用以監(jiān)控3～4#閘門，3#LCU用以監(jiān)控5#閘門、上下游水位、配電設(shè)備以及柴油發(fā)電機(jī)組等。在現(xiàn)地控制單元屏上每個(gè)閘門都配有閘門開度顯示儀、荷重顯示儀以及常規(guī)控制按鈕，使運(yùn)行人員能獨(dú)立于PLC直接對(duì)閘門進(jìn)行操作。

2.工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)

羅管節(jié)制閘設(shè)置工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)攝像和集中顯示控制兩大部分。

現(xiàn)場(chǎng)攝像：在羅管上下游河道合適的位置分別設(shè)置1臺(tái)130萬高清網(wǎng)絡(luò)變速云臺(tái)攝像機(jī)，對(duì)閘門附近的水域和交通橋進(jìn)行監(jiān)視；在啟閉機(jī)房?jī)?nèi)的合適位置安裝1臺(tái)130萬高清網(wǎng)絡(luò)高速球型攝像機(jī)，用于監(jiān)視各孔閘門啟閉機(jī)的工作情況；在5扇閘門附近各設(shè)1臺(tái)130萬高清網(wǎng)絡(luò)槍型攝像機(jī)，用于監(jiān)視各孔閘門工作情況；在控制室、配電室、柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的合適位置安裝1臺(tái)130萬高清網(wǎng)絡(luò)槍型攝像機(jī)，用于監(jiān)視控制中心、高低壓配電設(shè)備和柴油發(fā)電機(jī)組運(yùn)行情況。

集中顯示控制：前端攝像機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖耍ㄟ^網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)NVR進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和顯示，NVR配5塊2T專業(yè)監(jiān)控硬盤，滿足前端圖像30天循環(huán)錄像。支持1080P高清預(yù)覽，HDMI視頻輸出分辨率最高達(dá)1920×1080，VGA視頻輸出分辨率最高達(dá)1920× 1080，支持VGA、HDMI同步輸出，可以通過鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)三維智能定位，具有錄像回放的智能搜索和錄像的定向存儲(chǔ)等功能。

閘門電視監(jiān)視系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)閘門監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)配合，對(duì)整個(gè)羅管閘的啟閉機(jī)、閘門、變配電設(shè)備、上下游水域以及公路橋進(jìn)行全方位的監(jiān)視。

3.滲壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

閘門底板的揚(yáng)壓力通過測(cè)壓管觀測(cè)，為使觀測(cè)結(jié)果能反映整個(gè)閘室基底的滲流，在中墩底板下布置一個(gè)觀測(cè)斷面，分別在底板的上下游端部和中部。每根測(cè)壓管集中引至中控室內(nèi)，以便于觀測(cè)。

4.局域網(wǎng)系統(tǒng)

局域網(wǎng)系統(tǒng)為分層分布開放式結(jié)構(gòu)，采用快速以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，現(xiàn)地級(jí)與主控級(jí)采用超五類屏蔽網(wǎng)絡(luò)線纜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。系統(tǒng)主控級(jí)的操作員工作站與現(xiàn)地單元級(jí)之間采用以太網(wǎng)連接。可使信息可靠傳輸、分布存儲(chǔ)與檢索。能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的辦公自動(dòng)化、管理智能化、調(diào)控遠(yuǎn)程化、決策科學(xué)化。

三、信息系統(tǒng)的控制運(yùn)行方式

系統(tǒng)采用開放式全分布結(jié)構(gòu)，分設(shè)現(xiàn)地測(cè)控層、監(jiān)控操作層和管理網(wǎng)絡(luò)層，分別對(duì)應(yīng)為啟閉機(jī)房（I級(jí)）、水閘控制中心（II級(jí)）、淠史杭總局管理調(diào)度中心（III級(jí)）。三層分級(jí)控制，按照設(shè)定權(quán)限級(jí)別，現(xiàn)地測(cè)控層最高，監(jiān)控操作層次之，管理網(wǎng)絡(luò)層最低（見圖1）。

圖1 淠史杭灌區(qū)淠河總干渠羅管節(jié)制閘信息化系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)

現(xiàn)地測(cè)控層在啟閉機(jī)房，通過在現(xiàn)地控制柜的觸摸屏軟件實(shí)現(xiàn)閘門的運(yùn)行；監(jiān)控操作層位于羅管閘控制中心，通過上位計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)閘門的運(yùn)行；管理網(wǎng)絡(luò)層位于通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的淠史杭總局調(diào)度中心，以及內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)以及與之互聯(lián)的上級(jí)主管單位的計(jì)算機(jī)上，通過監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件，經(jīng)過系統(tǒng)權(quán)限認(rèn)證通過后進(jìn)行控制。

控制結(jié)構(gòu)分為四個(gè)層次：現(xiàn)地設(shè)備層手動(dòng)控制、現(xiàn)地測(cè)控層控制、監(jiān)控操作層控制、管理網(wǎng)絡(luò)層控制。

現(xiàn)地設(shè)備層手動(dòng)控制：最高優(yōu)先級(jí)控制。在PLC發(fā)生故障時(shí)，可通過現(xiàn)地動(dòng)力柜內(nèi)的繼電器回路進(jìn)行閘門現(xiàn)地手動(dòng)控制。主要設(shè)備包括：閘門動(dòng)力柜、閘門啟閉機(jī)、閘門開度編碼器及顯示儀表等。

現(xiàn)地測(cè)控層控制：通過現(xiàn)地LCU單元實(shí)現(xiàn)閘門自動(dòng)控制，并將控制信號(hào)傳送到中控室操作員工作站以便監(jiān)控。

監(jiān)控操作層控制：通過上位計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)閘門的運(yùn)行。

管理網(wǎng)絡(luò)層控制：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的淠史杭總局調(diào)度中心，內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)以及與之互聯(lián)的上級(jí)主管單位的計(jì)算機(jī)，通過監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件，經(jīng)過系統(tǒng)權(quán)限認(rèn)證通過后進(jìn)行控制。控制方式的切換將嚴(yán)格按照控制的優(yōu)先級(jí)獲取控制權(quán)，各控制權(quán)之間嚴(yán)格互鎖，能夠在切換過程中做到系統(tǒng)運(yùn)行無擾動(dòng)。

四、羅管節(jié)制閘信息化系統(tǒng)的功能與特點(diǎn)

淠史杭灌區(qū)羅管閘信息化系統(tǒng)采用了先進(jìn)的開放、分層分布式結(jié)構(gòu)，是一個(gè)集多種顯示方式于一身的SCADA系統(tǒng)。具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、連續(xù)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸、自動(dòng)報(bào)警以及停電保護(hù)和來電恢復(fù)等功能。該信息化系統(tǒng)的特點(diǎn)是：實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、可靠、實(shí)時(shí)、先進(jìn)、易操作、易維護(hù)及可擴(kuò)展。

五、結(jié)語

淠史杭灌區(qū)淠河總干渠羅管節(jié)制閘信息化建設(shè)實(shí)施方案結(jié)合了灌區(qū)的實(shí)際情況，充分利用了先進(jìn)的信息技術(shù)手段，提高了信息采集的準(zhǔn)確性和信息傳輸?shù)臅r(shí)效性，實(shí)現(xiàn)了灌區(qū)的信息交換與共享，降低了灌區(qū)的管理成本，增強(qiáng)了灌區(qū)的管理效率，為灌區(qū)的管理決策提供科學(xué)的依據(jù)，保障了自來水供水安全及生產(chǎn)，促進(jìn)了水資源的合理配置和高效利用，以及灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展

（作者單位：安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局 237010）