鹽官上河閘控制系統標準化設計與實現探討

孫春榮 周偉豐 劉文軍

摘 要：標準是經濟活動和社會發展的技術支撐，是組織生產和經營的依據，有高標準才有高質量，標準化對于水利運行管理也是必不可少的。鹽官上河閘標準化控制系統是將上河閘排澇運行操作程序和動作進行分解，實現操作流程標準化、運行安全標準化、設備巡檢標準化，以達到運行系統操作安全、有跡可循的目的。

關鍵詞：

標準化控制系統;流程;運行安全

中圖分類號：S2

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200315020

導言

鹽官上河閘工程，位于海寧市鹽官鎮西約1km處的滬杭公路南側，與鹽官下河站閘樞紐同樣位于錢塘江強涌潮河段。

工程主要任務是排澇，排澇面積294km2，設計標準為遇1954年5—7月型梅雨，上塘河閘排入錢塘江澇水0.85億m3;遇1963年9月11—13日臺風暴雨，4d天可排水0.12億m3。

根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000），工程為二等工程，主要建筑物為1級建筑物，次要建筑物為3級建筑物，防潮標準為100a一遇。

鹽官上河閘于2018年3月完成竣工驗收，大修完工之后該樞紐將建立全新的控制系統。新的閘站系統將排澇閘控制方式按照以計算機監控為主，簡單常規控制為輔的原則進行設計。

計算機監控系統采用開放系統，由1套主控站工控機、1套工程師通信工作站、打印機終端、2個現地LCU單元和網絡設備組成。主控制級與現地控制單元之間的通訊連接方式采用100Mbps光纖以太網。并預留通訊接口，將來可與防汛調度中心聯網。

優異的控制系統不僅能進行良好的防洪除澇工作還能有效減輕管理人員的負擔，降低運營成本，因此建設集先進性、安全性于一體的標準化控制系統非常必要。

1?標準化控制系統構建

鹽官上河閘標準化控制系統由閘站自動控制、視頻監控、水位監測、廣播系統、巡檢系統和管理中心組成。整個系統以PLC（Programmable Logic Controller）與上位機為核心，采用分層分布式管理和分散控制相結合的工作模式進行工作。

1.1?閘站自動控制

對閘門液壓站、閘門啟閉機、閘門開度系統等部位以及設備故障、高低壓配電系統的狀態量進行遠程自動化實時監測及控制。

1.2?視頻監控

對上游側、下游側、閘門區、周邊環境等通過流媒體服務器方式代替傳統NVR（Network Video Recorder）存儲方式，實現全高清24h不間斷監控。設置畫面的一鍵切換;上游側設置異常情況監測，在管理中心預警。

1.3?廣播系統

建立先進性的廣播系統，對閘站上游側、下河側布置遠程人工語音干預預警，管理人員在管理中心發現外圍有非法人員闖入，可以利用話筒對現場進行喊話。在開啟時，自動播放預先設定的提示信息，實現閘門控制聯動功能。

1.4?巡檢系統

由移動終端、藍牙智能模塊、手機應用和管理軟件平臺組成。藍牙智能模塊是手機的外置設備，其工作原理是通過低功耗藍牙向周圍發送其特有的ID，手機上的應用軟件可以掃描并解析出ID。相比于傳統的GPS定位，藍牙智能模塊具有耗電量小、定位精準等優勢。手機巡查人員進入藍牙智能模塊的覆蓋范圍內，形成手機端的自動應答機制，無需巡查人員多余的手動操作，即可實現信息接收，運行負責人員可以通過管理軟件，實時接收巡查人員巡查的結果，特別在運行時，可以及時做出必要的應對措施。

1.5?管理中心

保證閘門液壓系統關鍵點的實監測值通過PLC采集到管理中心，管理中心與各節點的信息交換，將建立雙環網，保證管理中心與各設備信息傳遞的穩定性。在管理中心設置智能聲光報警屏、音響，系統平臺將采集的各種數據進行綜合分析后，對異常或報警信息通過智能聲光報警屏和音響及時報警，做到預警預報。

2?標準化控制系統設計

鹽官上河閘所建設的系統眾多，由運行管理人員依次操作控制系統容易造成失誤，且需要技術熟練的操作工人。建立控制系統設定標準化機制，可以有效地降低操作的復雜性，有利于提高對閘門運行與設備維護進行管理的有效性，設計主要分為操作流程的標準化、閘門運行安全標準化、設備巡檢標準化。

2.1?操作流程的標準化

將鹽官上河閘控制系統設計流程化的布置，開閘的流程由控制系統運行完成。根據被控設備的工作條件，對整個過程提供安全保護措施和完善的閉鎖。設備遠程操控的每一步通過軟件來保證處于某一控制步驟下其它控制命令的無效性，實現設備遠程操控的步驟化，禁止超越控制，做到統一操作流程、統一操作標準。設置閘門開流程、閘門關流程、緊急停流程，實現閘門控制系統的聯動操作。

2.1.1?開閘流程

開閘條件為通過PLC對開閘條件進行判定，上下水位是否超限、各設備是否正常、有無故障，且切換至遠控狀態。上位機系統對廣播系統下發開閘前的30min預警，預警完畢將反饋給上位機系統，同時進行上位機設定巡查設備及路線，由運行人員進行移動檢查，雙重保證設備處于正常狀態，符合開閘條件。移動巡查、預警完畢，才能執行開閘流程。開閘前通過對視頻系統控制，一鍵切換至需要確定的檢修閘、事故閘狀態、上游下游工況。

2.1.2?關閘流程

水閘運行完畢，通過上位機切換，執行關閘流程，視頻系統一鍵切換至需要確定的檢修閘、事故閘狀態、上游下游工況。根據流程設置依次將啟閉機設備及液壓站設備關閉完成。

2.1.3?緊急停止流程

遇到突發情況，將通過語音系統對運行人員進行預警提示，啟動應急停機模式。結合智能故障診斷系統的診斷結果，如出現重大問題，將迅速執行故障保護動作，確保故障時不發生安全事故。

2.2?閘門運行安全標準化

2.2.1?控制系統機組運行安全

通過控制系統自動檢測、視頻系統監視、定時巡查等3個標準程序塊來保證機組運行安全。

2.2.1.1?系統自動檢測

閘門運行由配電系統、閘門液壓站系統、閘門啟閉機系統、閘門開度系統、視頻系統配合完成，控制系統將實時采集各系統的數據，設定安全參數報警。一線操作人員無需到現場采集數據，在中控室即可獲取所有生產數據，并自動形成報表。對所形成的數據，建立標準數據結構，數據采集與分析部分包括以下功能模塊：實時數據庫，實時數據庫用于儲存來自PLC的最新采集數據;歷史數據的存檔，所有收集的實時數據按類型名稱、屬性分類，按時序依次存檔，并及時寫入數據庫服務器;趨勢曲線，趨勢曲線可以清楚的展示溫度、電耗的長期變化，供調度人員與管理人員進行分析與決策。

2.2.1.2?視頻系統監視

視頻系統將對閘門狀態、上游情況、下游放水情況等進行聚焦，實時輪詢，保證運行人員對設備每個節點狀態能通過視頻確定其正常運行。

2.2.1.3?定時巡查

閘門運行時，將設定時間對設備、上下游工況等重點區域位置進行定點巡查。運檢人員通過巡查終端，對設備運行狀況進行記錄。

2.2.2?權限

操作控制系統設置不同登入人員的權限，應用程序的調用、操作畫面顯示、事件調度、配方管理賦予權限管理。除此之外，還可限制某些關鍵程序的訪問，如過程數據庫的重裝及過程數據庫的寫入，數據參數修正。需要工作人員通過指紋密碼驗證通過，才能登入操作運行，做到有跡可循。

3?結論

本文設計的標準化控制系統的架構，基于先進的CBSC（以計算機監控為主、常規設備為輔的方式）自動化監控系統將計算機技術、網絡技術、云計算技術有機融合，實現對閘門標準化運行的實時監控。有利于實現閘門系統標準化運行管理，減少運行人員的技術負擔，并能通過標準化控制系統，積累運行經驗，使運行不斷趨向于更加高效與安全。

參考文獻

[1]

徐躍增. 閘門工程遠程監控系統的設計與實踐[J]. 中國科技信息，2009（01）：133-134.

（責任編輯?賈燦）