淺談姜唐湖進洪閘自動化控制系統改造

陳乃庚

（安徽省臨淮崗洪水控制工程管理局 合肥 230088）

1 引言

自動化控制系統是集自動測報、自動監控、通信、計算機網絡、數據庫、專業數學模型、系統集成等高新技術于一體的以現代化的信息采集系統為基礎、通信與計算機網絡系統為保障，信息管理和決策支持系統為核心的一項規模龐大、結構復雜、涉及面廣、建設周期較長的信息系統工程。利用通信、計算機、程控交換、圖文視訊與遙測遙控等現代科學技術，配置相應的硬、軟件設施，先后建立通信傳輸、計算機網絡、信息采集與視頻監控等系統，實現了水情、工情信息的實時采集，水工閘門的自動控制，作業現場的遠程監視等。對于水閘而言，水閘自動化建設是實現 “智慧水閘”的基礎與前提。

2 工程概況

2.1 姜唐湖進洪閘概況

姜唐湖進洪閘是姜唐湖行洪區的進洪口門，建于2003年4月，2005年5月完工。姜唐湖進洪閘為1級建筑物，共14孔，單孔凈寬12m，底板高程19.70m，設計流量2400 m3/s。

2.2 自動化控制系統存在的問題

上位機遠程控制系統建設運行至今已有10余年，由于數據庫及LCU工作站存在無規律故障點，導致運行不穩定，經常出現啟閉閘門動作執行異常、網絡通訊報錯的情況，經反復檢查發現軟硬件的整體架構設計存在缺陷，計算機發出開閘命令后，現地設備經常出現不響應或者響應后不能正常停止閘門動作，在操作中存在很大的安全隱患。只有多次進行無規律故障點排除，但無法從本質上解決問題。

現地LCU控制單元柜通訊異常、具體工作量報錯、控制閘門動作異常，問題表現為：（1）部分 PLC經常出現報錯、死機的情況，與儀表通訊時常發生錯誤。（2）電氣元器件設備老化。中間繼電器等元器件經常誤動作。（3）控制柜內部分元器件和端子接線老化，接觸不良。（4）14孔閘門本地均未安裝視頻監控系統，遠程及現地操作均不能直觀觀察到閘門的運行情況，存在安全隱患。

3 改造方案及實施

姜唐湖進洪閘自動化控制系統改造工程在立項、設計、建設、施工過程中，是按照高起點、高標準、嚴要求、5年不落后的原則建設實施的。對各系統的部分軟硬件進行了升級改造，并對各子系統進行了集成，建成了防洪綜合自動化系統。在管理、運行、維護方面配備了專職操作、維護及管理人員。通過改造，該水閘自動化工程將達到集工情信息采集、傳輸、存儲、處理與防洪調度為一體的自動化控制系統工程。

3.1 系統拓撲圖

借助水閘自動化監測與控制系統，通過網絡在監控中心軟件可遠程監測水閘設備運行狀態、工情遠程開/關閘門、控制閘門開度。系統拓撲圖見圖1。

3.2 系統功能

閘門現地控制系統：現地動力柜面板上設有啟閉控制按鈕、指示燈、現場和遠控切換旋鈕、急停按鈕、開度儀指示器、電壓電流表等操作及顯示裝置。

上位機控制系統：控制閘門的開到位、關到位、閘門開度；監測閘位；瞬時流量，累計流量；每個啟閉機的運行狀態、單相電流、三相電壓。控制界面中不僅以模擬閘門的形式顯示單孔閘門的相對位置,并以實時監控畫面的方式顯示閘門位置，同時以數值顯示閘門開度值。

工業視頻監視系統：共由14臺槍式攝像機系統組成，每扇閘門分別設置一臺固定式攝像機，監視每扇閘門運行情況。

大屏幕顯示系統：通過高性能的拼接處理器和指揮終端，控制和管理各種輸入輸出信號源和顯示方式，讓拼接墻按要求進行展示。

3.2.1 閘門現地控制系統

閘門現地控制系統由5套LCU控制柜和5套現地動力柜組建而成，其中LCU控制柜由1套施耐德PLC、開關電源、交換機、中間繼電器等通信功能元器件構成；現地動力柜由斷路器、接觸器、熱繼電器、中間繼電器等元器件構成，開度儀外接啟閉機上的格雷碼光電全量程式閘位計，閘位計通過鏈條鏈輪與啟閉機變速箱軸柔性連接。

LCU控制柜能夠響應監控中心站的閘門控制指令，完成閘門啟閉工序；閘門啟閉過程的越限、卡死、電機過流故障保護；現場顯示實時電量、閘位數據；采集現場的閘位、電量等信息向中心站發送；支持現場計算機網絡通訊等。

3.2.2 工業視頻監視系統

工業視頻監視系統由攝像、傳輸、顯示及控制等四個主要部分組成。主要用于監視每扇閘門的運行情況。系統具有以下特點：（1）全天候實時監視各閘門運行狀態，并提供24h錄像功能；（2）監控中心設置若干監控管理終端，可對系統內每個攝像機的畫面調用和控制；（3）畫面監視、多畫面分割和畫面切換，可以對不同監視點進行實時監視和切換；（4）事件聯動告警功能，當發生搶劫等危險情況時，視頻監視系統通過與報警系統聯動，可實時報警到監控中心，并能自動記錄事發時的現場情況；（5）畫面記錄、事件查詢、回放功能，結合畫面記錄、回放功能，可對事發現場情景進行回放；（6）系統具有可擴展的空間，同時考慮遠程瀏覽功能，視頻圖像預留網絡接口，可供上級管理部門實時調用和查看。

3.2.3 上位機控制系統

閘門控制中心設備布置在中央控制室，系統采用雙計算機系統，互為冗余備用，能夠實現無間隔切換；控制系統分設主控級和現地單元控制級，監控系統上位機與現地LCU之間采用星型以太網連接。同時具有豐富的語音提示，系統應具有下列功能：數據采集與處理、安全運行監視、實時控制和調整、監視、記錄、報告、事故追憶和相關量記錄、正常操作指導和事故處理操作指導、數據通訊、屏幕顯示、閘門設備運行維護管理、系統診斷、軟件開發、仿真培訓、其他等。

3.2.4 大屏幕顯示系統

大屏幕顯示系統由55英寸顯示屏作為拼接單元，結合定制的專業拼接架，以落地的安裝方式進行拼接墻的建造。

該拼接顯示墻由6套55英寸顯示單元組成，組合方式為2×3 （行×列）。顯示部分主要由顯示單元、處理器、相應的信號源設備組成，系統顯示方式和信號源管理由處理器完成，控制整個顯示系統的按需顯示。每個顯示單元都與拼接處理器的對應輸出通道聯接；拼接好的顯示墻可以經由拼接管理軟件控制實現多種顯示方式。其操作均在控制電腦后臺完成，顯示屏上不會顯示各種控制界面。監控設備將視頻信號通過統一編碼處理后，通過專線網絡傳輸，由于同一網絡內傳送的信號數量較多，因此需通過網絡交換機進行多線路連接，解碼后的視頻信號將通過后臺處理軟件進行控制，實現多畫面、單畫面、放大縮小等顯示。

3.3 .監控軟件

3.3.1 單閘門運行監視

界面中不僅以模擬閘門的形式顯示單孔閘門的相對位置,并以實時監控畫面的方式顯示閘門位置，同時以數值顯示閘門開度值,在輸入口令正確的情況下，可用鍵盤設定升/降預置值，并用鼠標點擊相應控制按鈕，控制該閘門上升或下降至設定的開度值。

3.3.2 成組閘門運行監視

界面中以模擬閘門的形式顯示成組閘門的相對位置,并以數值顯示閘門開度值,可顯示實際閘門監控圖像。系統根據設計要求，成組控制閘門啟閉。在輸入口令正確的情況下，可用鍵盤設定升/降預置值，并用鼠標點擊相應控制按鈕，控制該閘門上升或下降至設定的開度值。

3.3.3 閘門群控運行監視

界面中提供了所有水閘的閘位狀態、機組電氣狀態等信息，也能夠通過此界面對閘門進行任意控制，根據用戶提供的閘門群泄洪數學模型，系統自動對閘門進行群控，保證完成本閘門群的分洪流量。

4 結語

通過對姜唐湖進洪閘自動化控制系統的改造，增加閘門攝像機監控，并將實時視頻畫面嵌入到上位機操作系統中，提高了計算機遠程操作的安全性。增加大屏顯示系統，能直觀清晰地監視整個水閘周圍的情況。增加對工程設備設施進行現地、遠程的自動控制，實現了“無人值班，少人值守”的功能要求。經過實際運行檢驗，系統穩定可靠，成效顯著。姜唐湖進洪閘自動化控制系統改造的實踐和應用，使該閘管理的現代化向前邁進了一步，并且對類似工程有參考借鑒意義■