淺談姜唐湖進(jìn)洪閘自動化控制系統(tǒng)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(tǒng)是集自動測報(bào)、自動監(jiān)控、通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、專業(yè)數(shù)學(xué)模型、系統(tǒng)集成等高新技術(shù)于一體的以現(xiàn)代化的信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為保障，信息管理和決策支持系統(tǒng)為核心的一項(xiàng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及面廣、建設(shè)周期較長的信息系統(tǒng)工程。利用通信、計(jì)算機(jī)、程控交換、圖文視訊與遙測遙控等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，配置相應(yīng)的硬、軟件設(shè)施，先后建立通信傳輸、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息采集與視頻監(jiān)控等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水情、工情信息的實(shí)時(shí)采集，水工閘門的自動控制，作業(yè)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)視等。對于水閘而言，水閘自動化建設(shè)是實(shí)現(xiàn) “智慧水閘”的基礎(chǔ)與前提。

2 工程概況

2.1 姜唐湖進(jìn)洪閘概況

姜唐湖進(jìn)洪閘是姜唐湖行洪區(qū)的進(jìn)洪口門，建于2003年4月，2005年5月完工。姜唐湖進(jìn)洪閘為1級建筑物，共14孔，單孔凈寬12m，底板高程19.70m，設(shè)計(jì)流量2400 m3/s。

2.2 自動化控制系統(tǒng)存在的問題

上位機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行至今已有10余年，由于數(shù)據(jù)庫及LCU工作站存在無規(guī)律故障點(diǎn)，導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)啟閉閘門動作執(zhí)行異常、網(wǎng)絡(luò)通訊報(bào)錯(cuò)的情況，經(jīng)反復(fù)檢查發(fā)現(xiàn)軟硬件的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷，計(jì)算機(jī)發(fā)出開閘命令后，現(xiàn)地設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)不響應(yīng)或者響應(yīng)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(jìn)行無規(guī)律故障點(diǎn)排除，但無法從本質(zhì)上解決問題。

現(xiàn)地LCU控制單元柜通訊異常、具體工作量報(bào)錯(cuò)、控制閘門動作異常，問題表現(xiàn)為：（1）部分 PLC經(jīng)常出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)、死機(jī)的情況，與儀表通訊時(shí)常發(fā)生錯(cuò)誤。（2）電氣元器件設(shè)備老化。中間繼電器等元器件經(jīng)常誤動作。（3）控制柜內(nèi)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(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程及現(xiàn)地操作均不能直觀觀察到閘門的運(yùn)行情況，存在安全隱患。

3 改造方案及實(shí)施

姜唐湖進(jìn)洪閘自動化控制系統(tǒng)改造工程在立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、建設(shè)、施工過程中，是按照高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、5年不落后的原則建設(shè)實(shí)施的。對各系統(tǒng)的部分軟硬件進(jìn)行了升級改造，并對各子系統(tǒng)進(jìn)行了集成，建成了防洪綜合自動化系統(tǒng)。在管理、運(yùn)行、維護(hù)方面配備了專職操作、維護(hù)及管理人員。通過改造，該水閘自動化工程將達(dá)到集工情信息采集、傳輸、存儲、處理與防洪調(diào)度為一體的自動化控制系統(tǒng)工程。

3.1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

借助水閘自動化監(jiān)測與控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)控中心軟件可遠(yuǎn)程監(jiān)測水閘設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工情遠(yuǎn)程開/關(guān)閘門、控制閘門開度。系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖1。

3.2 系統(tǒng)功能

閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)：現(xiàn)地動力柜面板上設(shè)有啟閉控制按鈕、指示燈、現(xiàn)場和遠(yuǎn)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(jī)控制系統(tǒng)：控制閘門的開到位、關(guān)到位、閘門開度；監(jiān)測閘位；瞬時(shí)流量，累計(jì)流量；每個(gè)啟閉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、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(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的方式顯示閘門位置，同時(shí)以數(shù)值顯示閘門開度值。

工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)：共由14臺槍式攝像機(jī)系統(tǒng)組成，每扇閘門分別設(shè)置一臺固定式攝像機(jī)，監(jiān)視每扇閘門運(yùn)行情況。

大屏幕顯示系統(tǒng)：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(jìn)行展示。

3.2.1 閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)

閘門現(xiàn)地控制系統(tǒng)由5套LCU控制柜和5套現(xiàn)地動力柜組建而成，其中LCU控制柜由1套施耐德PLC、開關(guān)電源、交換機(jī)、中間繼電器等通信功能元器件構(gòu)成；現(xiàn)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(gòu)成，開度儀外接啟閉機(jī)上的格雷碼光電全量程式閘位計(jì)，閘位計(jì)通過鏈條鏈輪與啟閉機(jī)變速箱軸柔性連接。

LCU控制柜能夠響應(yīng)監(jiān)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(jī)過流故障保護(hù)；現(xiàn)場顯示實(shí)時(shí)電量、閘位數(shù)據(jù)；采集現(xiàn)場的閘位、電量等信息向中心站發(fā)送；支持現(xiàn)場計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊等。

3.2.2 工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)

工業(yè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)由攝像、傳輸、顯示及控制等四個(gè)主要部分組成。主要用于監(jiān)視每扇閘門的運(yùn)行情況。系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)視各閘門運(yùn)行狀態(tài)，并提供24h錄像功能；（2）監(jiān)控中心設(shè)置若干監(jiān)控管理終端，可對系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)攝像機(jī)的畫面調(diào)用和控制；（3）畫面監(jiān)視、多畫面分割和畫面切換，可以對不同監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和切換；（4）事件聯(lián)動告警功能，當(dāng)發(fā)生搶劫等危險(xiǎn)情況時(shí)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)通過與報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動，可實(shí)時(shí)報(bào)警到監(jiān)控中心，并能自動記錄事發(fā)時(shí)的現(xiàn)場情況；（5）畫面記錄、事件查詢、回放功能，結(jié)合畫面記錄、回放功能，可對事發(fā)現(xiàn)場情景進(jìn)行回放；（6）系統(tǒng)具有可擴(kuò)展的空間，同時(shí)考慮遠(yuǎn)程瀏覽功能，視頻圖像預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，可供上級管理部門實(shí)時(shí)調(diào)用和查看。

3.2.3 上位機(jī)控制系統(tǒng)

閘門控制中心設(shè)備布置在中央控制室，系統(tǒng)采用雙計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，互為冗余備用，能夠?qū)崿F(xiàn)無間隔切換；控制系統(tǒng)分設(shè)主控級和現(xiàn)地單元控制級，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)與現(xiàn)地LCU之間采用星型以太網(wǎng)連接。同時(shí)具有豐富的語音提示，系統(tǒng)應(yīng)具有下列功能：數(shù)據(jù)采集與處理、安全運(yùn)行監(jiān)視、實(shí)時(shí)控制和調(diào)整、監(jiān)視、記錄、報(bào)告、事故追憶和相關(guān)量記錄、正常操作指導(dǎo)和事故處理操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)通訊、屏幕顯示、閘門設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理、系統(tǒng)診斷、軟件開發(fā)、仿真培訓(xùn)、其他等。

3.2.4 大屏幕顯示系統(tǒng)

大屏幕顯示系統(tǒng)由55英寸顯示屏作為拼接單元，結(jié)合定制的專業(yè)拼接架，以落地的安裝方式進(jìn)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(yīng)的信號源設(shè)備組成，系統(tǒng)顯示方式和信號源管理由處理器完成，控制整個(gè)顯示系統(tǒng)的按需顯示。每個(gè)顯示單元都與拼接處理器的對應(yīng)輸出通道聯(lián)接；拼接好的顯示墻可以經(jīng)由拼接管理軟件控制實(shí)現(xiàn)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(jiān)控設(shè)備將視頻信號通過統(tǒng)一編碼處理后，通過專線網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳送的信號數(shù)量較多，因此需通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行多線路連接，解碼后的視頻信號將通過后臺處理軟件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)多畫面、單畫面、放大縮小等顯示。

3.3 .監(jiān)控軟件

3.3.1 單閘門運(yùn)行監(jiān)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(shí)時(shí)監(jiān)控畫面的方式顯示閘門位置，同時(shí)以數(shù)值顯示閘門開度值,在輸入口令正確的情況下，可用鍵盤設(shè)定升/降預(yù)置值，并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)控制按鈕，控制該閘門上升或下降至設(shè)定的開度值。

3.3.2 成組閘門運(yùn)行監(jiān)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(shù)值顯示閘門開度值,可顯示實(shí)際閘門監(jiān)控圖像。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)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(shè)定升/降預(yù)置值，并用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)控制按鈕，控制該閘門上升或下降至設(shè)定的開度值。

3.3.3 閘門群控運(yùn)行監(jiān)視

界面中提供了所有水閘的閘位狀態(tài)、機(jī)組電氣狀態(tài)等信息，也能夠通過此界面對閘門進(jìn)行任意控制，根據(jù)用戶提供的閘門群泄洪數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)自動對閘門進(jìn)行群控，保證完成本閘門群的分洪流量。

4 結(jié)語

通過對姜唐湖進(jìn)洪閘自動化控制系統(tǒng)的改造，增加閘門攝像機(jī)監(jiān)控，并將實(shí)時(shí)視頻畫面嵌入到上位機(jī)操作系統(tǒng)中，提高了計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程操作的安全性。增加大屏顯示系統(tǒng)，能直觀清晰地監(jiān)視整個(gè)水閘周圍的情況。增加對工程設(shè)備設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)地、遠(yuǎn)程的自動控制，實(shí)現(xiàn)了“無人值班，少人值守”的功能要求。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，成效顯著。姜唐湖進(jìn)洪閘自動化控制系統(tǒng)改造的實(shí)踐和應(yīng)用，使該閘管理的現(xiàn)代化向前邁進(jìn)了一步，并且對類似工程有參考借鑒意義■