常庄水库闸门自动化监控系统应用研究

□聂玉帅(郑州市常庄水库管理处)

一、概况

常庄水库位于淮河流域沙颍河水系贾鲁河支流贾峪河下游，总库容1740万m3，控制流域面积82km2，是全国防洪的重点中型水库，也是郑州市按大型管理的水库之一。其水库下游有G310、连霍高速、陇海铁路、郑西高铁等国道干线，以及郑州西开发区、电厂等重要厂矿设施，人口密度比较大，在防汛上具有举足轻重的作用。

近几年来，常庄水库工程面貌日新月异，已经达到了河南省大型水库Ⅰ级工程管理水平。尤其是常庄水库除险加固Ⅱ期工程圆满完工后，水库除原有的输水洞上、下闸门外，又在溢洪道上增建了5孔闸门，这样水库库容增加了近260万m3。为了提升常庄水库汛期防洪调度安全的可靠性、精确性和灵活性，特增设常庄水库闸门自动化监控系统，对于节约水源、确保水利工程正常运行、提高水资源的利用效率具有十分重要的意义。

二、系统原理及特点

常庄水库闸门自动化监控系统主要是由计算机监控系统通过PLC控制闸门启闭设备，闸门开度仪实时了解闸门的开度，闸门荷重仪实时确定闸门的载荷，并通过监控图像直观确认闸门的运行工况。由操作人员在主控室（监控室）下达指令，提高自动化控制程度，减少人工误差，从而达到准确控制闸门启闭的目的。

该系统首先具有高可靠性，由于闸门是水利工程中的关键部件，在防汛中具有至关重要作用，如果闸门一旦出现问题，后果不可想象。因此，选用可靠性高的安防产品，通过有效的连接，确保系统能长时间无故障工作，单个设备突发故障不会影响整个系统正常运行，且系统自身应具有良好的防范功能、抗干扰和应急备份功能；其次，该系统具有先进性和成熟性，运用成熟的自动控制技术、计算机网络技术和通信技术，选用先进、实用、成熟和功能完善的产品，确保系统各项功能齐全，并能不断改进升级；最后是高保障性和维护性，系统硬、软件和服务上具备了在突发故障上的应急保障措施，日常维护简单易学，使用方便快捷。

三、系统构成及功能

常庄水库闸门自动化监控系统主要分为主控室（监控室）和闸门监控装置两部分，主控室主要由前置机、控制柜、组态平台、计算机网络平台、传感器及应用软件组成，闸门监控装置主要由摄像头、闸门监控PLC以及通信传输通道组成。系统主要有以下功能：

（一）数据采集与处理

主控室自动从各现地控制单元采集各种实时运行参数，掌握各设备动作情况，并收集报警信息。

（二）安全运行监控

1.运行实时监控及参数在线修改：操作人员通过显示器对系统内各主设备的运行状态和运行参数进行实时监控控制及在线修改参数。对职责不同的各级操作人员，其操作权限的内容也各不相同。

2.状变监控：发生自动状变和受控状变时，均在显示器上显示。

3.越限监控：检查设备异常状态并发出报警，异常状态信号要在显示器上显示并记录。

4.过程监控：当闸门上升或下降指令下达后，监控系统能自动显示相应设备的监控画面，画面能以流程框的形式实时显示全部工况执行过程中的每一步骤及执行情况，并提示在工况执行过程受阻时的部位及其原因，进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。

5.趋势分析：对某些运行参数的变化进行趋势分析，及时发现故障征兆，超限报警，自动显示和记录打印。

6.异常监控：监控系统的硬软件发生事故，则立即发出报警信号，指出故障部位，并在显示器及打印机上显示记录。

（三）实时控制与调节

监控系统按照闸门当前运行控制方式和预定的决策参数进行控制调节，满足各闸门的实时控制要求。同时，操作人员对主控计算机和现地控制单元进行手动操作。

1.对单孔或成组闸门操作：操作人员通过主控计算机或现地控制单元进行操作，完成对闸门的控制与调节，并保持在成组操作过程中，成组各闸门之间的协调性。

2.控制和开度调节：系统根据预定的原则及操作人员实时输入指令，进行闸门的正常升降、停机、自动复位等操作，发生故障时自动停止闸门运行。

3.报警复位：当设备发生事故后，在显示器上自动推出事故画面发出报警信号，当操作人员已了解事故情况后，可对报警信号手动复归。

4.设备安全标记：由操作人员手动或应用程序自动实现禁止，从而达到对被选中设备的控制。

（四）记录报告功能

对所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等应记录下来，并能以中文格式显示打印，主要内容有：

1.操作事件记录：将所有操作自动按其操作顺序记录下来，包括操作对象，操作指令，操作开始、结束时间，执行过程、结果及操作人员的姓名等。

2.报警事件记录：自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目等，并生成报警事件汇总表。

3.定值变更记录：自动将所有的定值变更情况作记录，包括变更对象、变更数值、操作人员的姓名、密码等。

4.趋势记录：记录重要监控量的运行变化趋势。

（五）正常操作指导与事故处理操作指导

1.正常操作：根据当前的运行状态判断设备是否允许操作并给出相应标志，如果操作不允许，则提示其闭锁的原因并尽可能提出相应的处理办法。

2.事故处理：在出现故障征兆或发生事故时，由监控系统提出事故处理和恢复运行的指导性意见，并自动记录事故相关量。

（六）系统诊断

1.硬件诊断：对工作站计算机及外围设备、通讯接口、通道等运行情况进行在线和离线诊断，故障点应能诊断到模块上。当诊断出外围设备故障时，能自动将其切除并发出报警信号。

2.软件诊断：软件运行时，若遇故障应能自动给出故障性质及部位，并提供相应的软件诊断工具。

在系统进行在线诊断时，绝不能影响计算机系统对设备的监控功能。

四、结语

常庄水库闸门自动化监控系统的应用，实现了水利工程的科学化管理，避免了以往仅凭经验控制水库蓄泄难题，为常庄水库下游防汛和郑州城市应急供水提供了科学依据，做到了大汛不出险，无汛多蓄水，最大发挥了水库的社会效益和经济效益，从而确保常庄水库水利工程安全。