淮北大堤渦河小型水閘集中監(jiān)控系統設計與實踐

張春林 劉 燦

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 工程概況

淮北大堤渦河左、右堤堤防總長220km，沿堤共有穿堤小型水閘48 座，水閘均具有防洪、排澇作用。其中蒙城縣境內渦河堤防長114km、小型水閘34 座，沿堤設置6 個基層管理所；懷遠縣境內渦河堤防長106km、小型水閘14 座，沿堤設置4 個基層管理所。

渦河小型水閘在建設時未配套相應的自動化控制設施，長期以來，基層管理所采用人工檢查、觀測等方式開展水閘工情、水情等信息的采集，電話報送運行狀況，現場電動啟閉閘門。由于蒙城、懷遠渦河各基層管理所管理堤防占線長，水閘數量眾多，遇渦河流域強降雨或發(fā)生流域洪水時，各水閘水情觀測頻率難以滿足調度需要，水閘啟閉精準性不高。

2 集中控制系統方案

結合管理單位工作職責分工，集中監(jiān)控系統總體劃分為水閘現地控制系統、視頻監(jiān)視系統和遠程監(jiān)控系統三部分。水閘現地控制系統與視頻監(jiān)視系統相對獨立，水閘遠程監(jiān)控系統建于現地控制系統的基礎上，現地控制系統獨立于水閘遠程控制系統運行。

2．1 現地控制系統

2.1.1 現地控制系統組成

水閘現地控制系統的可編程邏輯控制器PLC、觸摸屏、動力回路和控制回路設備，電壓、電流儀表，水位、閘門開度儀表等位于現地控制(LCU)柜上，LCU 柜位于啟閉機室內；水位計采用浮子式和雷達式兩種，安裝于水閘上下游引河道上；開度傳感器為機械式編碼器，通過聯軸器或齒輪將BEN 編碼器軸與啟閉機卷筒軸或螺桿聯結；前端采集設備與顯示儀表、處理單元間通過專用網絡連接，進行數據、信息的傳輸。

2.1.2 現地控制方式

現地控制系統控制方式由觸摸屏控制和按鈕控制兩種方式。兩種方式間通過LCU 柜面板上的控制轉換開關完成切換。當控制轉換開關在手動位置時，閘門啟閉通過LCU 柜面板上的“開啟”“停止”“關閉”按鈕進行操作。當控制轉換開關在觸摸屏位置時，通過在觸摸屏上設置閘門目標位置等參數信息，啟動電動機啟閉閘門，此時LCU 柜體按鈕僅“急停”按鈕有效。無論在何種控制方式下，當閘門運行至上下限位時，系統自動停止電機，閘門停止運行。

此外，觸摸屏作為人機界面，顯示實時上下游水位、閘門開度、電壓、電流、流量等運行數據及告警信息等。

2．2 視頻監(jiān)視系統

視頻監(jiān)視系統由攝像機、網絡硬盤錄像機NVR、視頻管理平臺等設備及相關軟件組成。視頻攝像安裝于水閘上下游、啟閉機室內、管理所院區(qū)及控制室內。根據實際現場情況，水閘上下游攝像機采用球機型式，用于監(jiān)控上下游河道情況，如人員涉水活動、河面漂浮物、水流流態(tài)等；閘室及管理所控制室攝像機采用半球型式，用于監(jiān)控設備運行情況、操作人員操作行為，同時兼顧安防任務；管理所院區(qū)攝像機采用球機型式，主要滿足于安防需求。各路攝像機所采集的視頻信號經專用網絡傳輸至管理所，保存于網絡硬盤錄像機NVR 中。視頻管理平臺部署于蒙城局、懷遠局監(jiān)視中心，用于統一管理下轄視頻資源。

管理所控制室內的管理人員直接登錄NVR，查看實時現場視頻圖像，調閱歷史存儲數據，通過軟件控制現場攝像機鏡頭及云臺，調整光圈大小、焦距遠近、變倍高低以及圖像角度，以滿足不同視頻監(jiān)視應用需求。蒙城局、懷遠局監(jiān)視中心人員通過登錄視頻管理平臺，直接調取視頻攝像機，查看實時視頻數據。此外，通過視頻管理平臺可將其所管理的視頻資源推送至安徽省淮河河道管理局及其他相關單位。淮北大堤渦河小型水閘視頻監(jiān)視系統圖見圖1。

圖1 淮北大堤渦河小型水閘視頻監(jiān)視系統圖

2．3 遠程監(jiān)控系統

2.3.1 上位機軟件

水閘遠程監(jiān)控系統上位機軟件安裝于各管理所和蒙城局、懷遠局工程師站兼操作員站的工控機上，選用自動化軟件“組態(tài)王6.55”作為開發(fā)平臺，功能采用模塊化設計，主要有數據采集、控制輸出、歷史數據管理、報表管理、用戶管理等模塊。

管理所上位機軟件讀取PLC采集的上下游水位、閘門開度、供配電狀態(tài)、啟閉機狀態(tài)等數據，操作人員通過上位機人機界面輸入指令，獲取相關信息，對擁有管理權限的水閘進行啟閉控制。在組態(tài)畫面運行時，閘門啟閉機的運行狀況以動畫的方式反映在上位機顯示器上。操作員下發(fā)的指令經上位機迅速、準確傳遞至現場PLC，進行閘門啟閉操作。鑒于水閘日常控制職責，不設置蒙城局、懷遠局上位機軟件閘門啟閉控制功能。

此外，為便于水閘集中管理和數據展示，在各基層管理所及蒙城局、懷遠局控制室安裝86 寸工業(yè)級顯示器，配備信號源切換臺，實現視頻監(jiān)視信息、上位機控制畫面的自由切換。

2.3.2 數據庫管理

數據庫是按照數據結構來組織、存儲和管理數據的倉庫，是組態(tài)軟件開發(fā)的核心。“組態(tài)王6.55”自帶實時數據庫DBMS，支持與通用DBMS 鏈接。各管理所部署1 臺數據庫訪問客戶機（前置機），在前置機上安裝關系型數據庫軟件。前置機內數據庫與源數據庫按一定規(guī)則同步，并經水利專網同步至蒙城局、懷遠局對應數據庫，為遠程監(jiān)控系統提供數據服務。淮北大堤渦河小型水閘遠程控制系統圖見圖2。

圖2 淮北大堤渦河小型水閘遠程控制系統圖

3 結語

通過對淮北大堤渦河小型水閘的集中監(jiān)視和控制，將管理范圍內48 座水閘由傳統的粗放管理，改成了有序控制，對渦河水系的防洪、排澇、保護沿岸工農業(yè)生產和人民生命財產安全方面將發(fā)揮巨大的作用；同時也極大減輕了基層管理人員日常運行管理工作量，提升了水閘自動化管理水平