自動化監控系統在攔河閘工程設計中的應用

(山東省臨沂市水利勘測設計院，山東 臨沂 276000)

1 工程概況

青山埠攔河閘位于蒙陰縣夏家莊村西北。攔河閘自建成運用以來，一直由青山埠電灌站管理所進行運行管理，效益顯著。但由于設計標準低，年久失修等原因，老化、退化嚴重，攔河閘主體工程已被沖垮，不能正常蓄水。青山埠攔河閘是蒙陰縣重點大型水閘，位置舉足輕重，為盡早消除安全隱患，充分發揮水庫效益，急需進行除險加固。攔河閘改造后工作閘門采用10m×6m(寬×高)露頂式平面鋼閘門，共17孔，工作閘門的啟閉機選用雙吊點固定卷揚式啟閉機，配套電機YZ200L—8，功率15kW，電壓等級380V。

為了提高水閘的管理水平，實現水閘管理單位對閘門、閘基滲壓等進行自動監控，并對數據加以處理與傳輸，實現現代化管理，本次除險加固工程增設了自動化監控系統，將實現“無人值班、少人值守”的管理方式。

2 設計目標

2.1 先進性

以適度的超前意識為指導原則，設計采用先進的系統設備及系統軟件和開發工具，保證系統在技術上領先，成熟穩定，符合今后的發展趨勢。

2.2 開放性

系統具備開放性和兼容性。高度模塊化設計，可與未來更換擴展的設備具有互連性和互操作性，各子系統之間留有標準通用通信接口，為子系統的擴充、集成留有余地。

2.3 可靠性

軟硬件設備運行穩定，故障率低，容錯性強，應采取有效措施，保證系統無故障連續運行。

2.4 安全性

對數據庫的存儲和訪問具有有效的安全措施，防止數據破壞、竊取等事故發生。安全級別控制健全，防止截取操作，能有效審計用戶操作，以便追查事故原因。

2.5 適用性

管理功能全面，能充分滿足管理局自身各種業務的管理要求。具有完全的中文操作環境，界面簡練、友好。

2.6 可維護性

具備故障診斷和分析工具，能幫助維護人員迅速判斷故障原因，并具備有效的維護工具和系統自恢復工具，能保證及時準確排除故障。

2.7 良好的性價比

設備選型和系統設計在確保用戶需求、系統集成要求的前提下具有良好的性價比。

3 自動化監控系統設計方案

根據項目的實際情況，青山埠攔河閘自動化監控系統設計總體規劃架構包括閘門自動化控制、閘壩滲壓監測、視頻監控和廣播預警4大子系統，采集到子系統的數據經系統融合處理，由網絡設備傳送到監控中心，監控中心統一下達操作指令。子系統之間的數據交互采用開放式數據平臺，利用編程指令完成。子系統與調度指揮中心平臺信息傳輸采用樹形網絡結構。系統拓撲圖如下圖所示。

青山埠攔河閘自動化監控系統拓撲圖

3.1 監控中心

工程監控中心設在閘壩右岸橋頭堡中控室內，它是閘門自動化控制、閘壩滲壓監測、視頻監控和廣播預警4個子系統的監控管理中心，是攔河閘管理機構的小型會商、防汛指揮調度中心，該系統與上級管理機構信息化系統鏈接，實現信息共享與遠程調用。

監控中心共設工控機4臺，其中，1臺為視頻監控主機；1臺為攔河閘閘門監控主機；1臺為閘壩滲壓監控主機；其余功能由另1臺工控機完成。

為放置這些工控機，設置5工位監控操作臺，除放置這4臺工控機外，放置打印機、電話等辦公設備。

為進一步加強控制效果、及時并一目了然地了解系統中控制狀態，設監控墻一面。

系統的網絡架構為以太網方式，子系統的圖像、數據由光纖收發的形式傳送到調度指揮平臺中，子系統的視頻圖像、水位、閘壩滲壓等重要圖像、數據由存儲服務器存儲，管理服務器統一管理，綜合調度，WEB服務器發布。

3.2 閘門自動化控制系統

攔河閘設計共17口閘門，采用卷揚式閘門啟閉機。閘門自動化控制系統主要是通過計算機監控系統檢測閘門上下游水位、閘門荷重、閘門啟閉狀態與開度等，同時實現現場站、管理單位、上級管理機關(預留擴展接口)三級監控管理，達到能夠在管理單位監控中心遠程控制閘門啟閉。

系統由現場控制單元(LCU)、PLC控制站、信號傳送線纜及監控中心組成。每個閘門配備1套獨立的LCU,每個LCU都需配備必要的閘門測控儀器，操作人員可用此進行現場控制；配備1套帶觸摸顯示的PLC屏，用來采集、顯示各設備參數及控制啟閉機設備；閘室的上、下游各配備1套水位監測系統，采用U型管連通方式，并設計防護平臺，便于測量當前水位變化。系統還可以根據用戶要求和系統特點實現現場單控、群控，也可在異地遠程遙控。PLC控制站與現場常規儀表及控制設備通過現場總線的形式進行數據的交換處理，PLC控制站與監控中心通過以太網絡傳輸。管理單位監控中心配備工業計算機、打印機、不間斷電源等，工業計算機安裝閘門遠程控制管理軟件，用來實時監測閘門情況，控制閘門啟閉；上級管理機關可通過WEB形式進行遠程管理(預留擴展接口)。進而做到監管合一的現代化、數字化管理。

3.3 閘壩滲壓監測系統

建立安全監測自動化系統，實時了解閘門的工作狀態和可能存在的事故隱患。系統共設20個滲壓監測點，其中左、右翼墻各布置4個滲壓監測點；4號閘墩、10號閘墩、16號閘墩各布置4個閘底板滲壓監測點。該系統由振弦式孔隙水壓力計、自動測控單元、應用管理軟件等組成，選用分布式數據采集系統，該系統具有可靠性較好，通用性強，組態靈活，安裝簡便，抗干擾性能強等優點，能保證監測數據的連續性，同時具有一定的擴展性。

3.4 視頻監控系統

為保證攔河閘正常運轉和安全管理工作的需要，設計對重要節點進行全天候實時視頻監控。

系統由17個紅外定焦槍機、4個激光夜視攝像機、4個帶云臺激光夜視攝像機組成，其中紅外定焦槍機分別安裝在17孔閘門前端，用來觀察閘門的啟閉情況，確保閘門安全運行；激光夜視攝像機分別安裝在上、下游的左、右岸兩側，用于視頻監視攔河閘上、下游水位情況；帶云臺激光夜視攝像機分別安裝啟閉機房外前、后、啟閉機房內兩頭，用來監測室外情況，具有很好的防盜、防破壞效果。

3.5 廣播預警系統

攔河閘總體跨度較長，基于開、關閘過程中，對周邊人員的人身安全考慮，設計1處智能廣播預警系統，該系統下設1個廣播操作站，2個廣播點。

4 結 語

隨著計算機技術的快速發展及工業自動化控制技術的日益成熟，自動化監控系統在攔河閘工程中的應用越來越廣泛，促使設計人員必須不斷探討研究自動化監控系統在攔河閘工程中的應用、創新，并不斷完善。本自動化系統由閘門自動化監控、視頻監控、滲壓監測和廣播預警四大子系統組成，整個系統選件遵循先進與可靠性原則，全部選用近年來經無數工程測試過的穩定性新產品，并且系統留有接口，可供以后開發擴展，整體設計安全可靠，系統與用戶的“對話窗口”簡潔明了，使用戶可以十分輕松的對整個系統進行操作和維護。

目前，青山埠攔河閘自動化監控系統已經施工完成，試運行效果良好。