自動監控系統在河道水閘防洪排澇中的應用實踐思考

陳 愷

宜興市公用事業管理局，江蘇宜興 214200

我國地質地形復雜，夏季有非常大的降雨量，降雨頻繁，現有的防洪排澇管以及渠網等因為歷史原因沒有總體性規劃，設備陳舊，閘站布置過于分散，雨量和水情監測往往通過人工方式，閘門的升降也需要人工，資料整理工作量大，一旦有暴雨或者大潮等情況出現，防洪排澇工作將處于十分被動地位。閘門屬于水利系統中一項最為基礎組成部門，在防洪抗災中有著非常重要的價值和作用，對于防洪、工農業生產的保護等有非常大的積極作用。當前水閘閘控方式較為落后，自動監控系統的應用能夠實現對這一問題的有效改善，改造之后水閘的啟動和關閉可以遠程集中控制，自動實現防洪、排澇等功能，提高水閘快速反應能力，使運行安全、可靠，將水閘工程效益充分全面發揮出來，更好地滿足當前在河道水閘防洪排澇方面的實際需要，本文就此展開了研究分析。

1 自動監控系統設計原則

自動監控系統在布設方面，采取分層分布式監控系統，選擇常規設備輔助控制，同時預留相應接口，方便設備之后的更新以及系統的拓展。

1.1 開放性與標準化原則

選擇開放性網絡體系，通過標準化體系完成圖像采集與視頻處理。系統中多媒體管理設備以及相關視頻處理和傳輸設備的選擇，以國際化標準產品為主。

1.2 實用性與先進性原則

選擇當前較為成熟的自動化控制、計算機技術、視頻處理技術等先進技術，在多媒體管理方面，選擇當前先進的多媒體管理系統，保證能夠跟上國際上相關技術發展腳本。

1.3 經濟性和可擴展性原則

多媒體管理設備和通信設備的選擇，選擇性價比高設備，且更新換代方便，最大限度節約原有設備和軟件更換方面的投資和花費。

2 自動監控系統結構

2.1 計算機網絡子系統

計算機網絡子系統中包含整個計算機局域網服務器，能夠有效執行計算機網絡控制管理中心、調度中心以及上級水利單位所發布的任務和指令。中心站在各個系統調度方面發揮出控制和管理作用，實時監控閘控全過程，保存相關視頻圖片資料，實現遠程遙控以及遙測等。中心站、閘站等之間的連接利用光線形成一個完整的局域網，可以利用計算機實現對整個系統閘門狀態以及視頻畫面監控，實現信息的共享和傳遞。

2.2 視頻監控子系統

該子系統主要是采集所有視頻信號，通過相關軟件處理，將其轉化為現場圖像，實現對設備運行狀況的監視，具備水位監測、設備運行監測等功能，保證閘門啟停過程中的安全性。另外，還能夠實現對閘室周邊區域動態情況的實時監測，重點觀察部門關鍵性位置，不僅能夠控制前端一路圖像，同時還能將多路圖像清楚地顯示在監視屏幕，實現集中控制。

2.3 閘門監控子系統

閘門監控制子系統的布置選擇分層分布式結構，包含集中控制單元、現地控制單元兩部分，其中，集中控制單元作為主控制級，布置在分中心站，包含閘站所有功能，比如控制閘門升降，閘門開度顯示等，能夠實現對現場設備顯示、控制、運行、報警等不同操作的控制。每個閘站的現地控制單元與現場控制層相對應，具備能夠獨立運行PLC系統，控制閘門的啟停，現場控制層還配置有現地操作屏，主要用來實現對設備運行狀況的實時監控。現場控制層與閘門運行的連接通過輸入/輸出接口方式實現，通過通訊接口實現信息交換，操作人員根據相關操作指令在監控室控制閘門運行。現場控制單元與主控制層之間相互獨立，不需要經過主控制層實現各類運行數據的采集和處理、設備的控制和調整、設備運行監視等功能。網絡連接未發生異常，操作人員可通過監控系統實現對閘門的集中控制；網絡連接出現故障時，操作人員可通過現場PLC系統操作控制閘門完成相應指令，如果PLC面板同樣出現故障，可以采取人工控制方式控制閘門動作。

3 運行控制方式

閘門監控運行控制方式包含主控制級和現地控制級兩個不同等級，其中，主控制級主要是指操作人員在中心站等通過計算機操作下達指令，通過計算機監控系統實現對各個閘門運行方式的自動控制，或者采取分步執行方式，每一級的完成需要經過操作人員確認，之后可進入下一級操作；現地控制級主要是在主控制級以及網絡有故障情況出現后，操作人員通過人機操作界面實現對閘門運行狀況的控制。

4 系統主要功能

4.1 控制與調節功能

第一，操作人員可以通過計算機操作實現對控制對象的調節和控制，包含閘門控制方式選擇、閘門啟停等，能夠使設備自動完成開機、關機等操作，靈活調整閥門開度。利用監控室LCD屏幕，顯示閘門位置以及開度相關信息，配置自動報警指示燈和升降等操作按鈕。

第二，現地控制單元既可以受到主控制級控制，執行相關指令，同時還能實現實時操作。現地控制單元在顯示“遠程”位置時，智能通過主控制級控制，在顯示“現地”位置時，只能夠通過現場控制，兩個控制級之間信息的傳遞不受影響。

4.2 數據采集與處理功能

采集輸入模擬量、電氣量等相關數據，經過處理后顯示，具體功能體現在以下四個方面：

第一，現場控制單元，主要采集控制對象的各類模擬量、開關量等信息，以此變換工程量，上傳主控制級后顯示在現地；第二，主控制級在受到現地控制單元相關控制信息后，保存至實施數據庫，以此進行故障分析、控制調節等。按照周期性規律進行數據采集，操作人員在相應時間范圍內下達數據采集指令，現場控制單元相應的輸入相關數據信息；第三，現地控制單元可以將采集的相關報警信息上傳至主控制級，同時還能在現地實現顯示以及報警等功能，當有故障或事故發生時，能夠自動采集事故相關數據，結合數據發生順序清楚記錄事件發生時間以及事件性質；第四，主控制級，主要是對現地控制單元相關信息數據展開分析和計算，控制數據傳輸誤差，生成實時數據庫和歷史數據庫，包含閘門狀態、水位狀態等，方便管理人員檢索和打印。

4.3 切換和數據通信功能

第一，選擇Windows7操縱系統，設計簡單明了的人機交互界面，能夠實現對多個畫面的簡單顯示并隨時切換，畫面切換以及數據刷新時間能夠控制在2s以內，單元控制器在接收到運行操作指令后，整個單元控制器的應答時間不會超過3s。

第二，操作效果能夠直觀展現，操作人員能夠在線完成參數的修改以及相關數據查詢，每個操作對象有相應的操作面板，通過口令驗證后即可操作，能夠避免發生誤操作。

第三，數據傳輸通過光纖方式，實現主控制級和現地控制單元之間通信，接受上級部門的調度和控制，將水閘等數據信息發送至上級部門。

4.4 運行監控和事件報警功能

第一，能夠顯示閘站電氣以及設備狀態，運行人員可通過LCD界面完成對各項運行情況的實時監視，包含閘門開度、水位、故障情況等。

第二，能夠將各閘站運行信息和相關參數通過數字、圖形、曲線、表格等不同形式圖像直觀顯示，通過LCD實現閘站運行的全程監視，將相關操作參數以及狀態方面變化情況顯示出來，另外對復限參數自動顯示處理，同時顯示重要數據的存儲和使用情況。

第三，現場控制單元還能夠自動診斷系統硬件以及軟件方面情況，及時向主控制級發送故障信息，并報警。

第四，設備故障保護設置的啟動和閉合，比如閘門閉合以及上升等方面故障，啟動相關量分析，明確故障原因，自動斷電報警，報警時間的產生到顯示能夠控制在3s以內。

5 自動監控系統在河道水閘防洪排澇中的應用

自動監控系統建成并運行后，取得了非常好的應用效果，系統穩定可靠，閘門控制精確快速，符合當前城區排澇實際需要。同時還能實現對閘門的集中、遠程監控，美化水生態環境，減輕工作人員勞動強度，提高工作效率。

6 結語

自動化監控系統在河道水閘防洪排澇中的應用屬于一項復雜的系統性工程，需要將整個系統各個硬件、軟件、網絡結構等元件有效結合在一起，綜合多個方面因素分析考慮，充分發揮計算機、網絡、抗干擾等技術的價值和作用。自動化監控系統在建成并運行以來，性能穩定，運行狀態良好，能夠通過計算機遠程控制，實現對局部河段汛期水位準確監測，實現防洪、排澇等的自動化集中控制，通過遠程調度，高效完成河道水閘運行和管理，取得了非常好的經濟效益和社會效益。