自动化监控系统在垛庄水库工程中的应用

侯德国，崔　岩（山东水利工程总公司，山东 济南 250014）

自动化监控系统在垛庄水库工程中的应用

侯德国，崔岩
（山东水利工程总公司，山东 济南 250014）

【摘要】阐述了自动化监控系统在垛庄水库工程中的应用情况，分析了系统的结构与各部分的功能。实践证明，自动化监控系统应用到水库工程中具有费省效宏的作用，为类似工程提供了借鉴。【关键词】信息化建设；涵闸；水库；自动化监控系统

章丘市垛庄水库是一座以防洪、灌溉为主，兼有供水、旅游等功能的中型水库，始建于1966年，总库容1 189万m3，扩容后增加到1 421万m3。水库自建成以来，在保障人民群众生命财产安全和防洪安全、灌溉供水等方面发挥了显著效益。为提高水库综合保障能力和防洪标准，对水库大坝进行了加高加固，溢洪道（闸）进行了拆除重建，放水洞进行了改建，同时对水库观测、管理设施也进行了改建。为了提高水库管理的自动化水平，水库扩建后新增设了溢洪闸、大坝安全监测、放水洞测控、视频监测、水情自动测报5个自动化监控系统，各系统功能如下:

1　系统组成

垛庄水库溢洪闸监控系统和管理机构主要由桥头堡现场控制和调度中心等构成。溢洪闸现场监控系统主要由溢洪闸水位、流量、闸门控制和视频安全监测有关的硬件和监控软件组成。调度室采用Client/Server的方式采集PLC的数据，设置1台工作员操作站，采集和保存整个系统的数据信息，使用力控作为上位机监控操作软件，通过以太网和PLC通信，通信介质为光缆。设置1台视频监控主机，监控并记录现场画面，设置1台投影仪将监控画面直观的显示出来。还设有1 台UPS电源保证系统在失去交流供电电源时有足够的时间完成数据的保存，保证关键设备运行等操作，避免系统在突然掉电时丢失数据、设备损坏。

2　系统功能

总体系统设计采用西门子S7系列的PLC作为系统的控制单元，实现涵闸运行检测、涵闸运行控制、水库水位检测、放水洞运行等控制。系统将现场采集到的数据通过以太网传送到调度中心的计算机中，调度中心计算机将接收到的数据进行处理、保存和显示。现场的控制PLC在接收到调度中心计算机的指令后，根据指令做出相应的反应，如开启闸门、关闭闸门等，并且还可以将当地每年的降水情况统计后写入计算机中，提高抗旱、抗洪的能力。

2.1溢洪闸控制系统

垛庄水库除险加固工程溢洪闸控制系统主要包括对3孔闸门开启高度、闸前水位流量、泄水总量的自动化控制，安装闸前水位检测等。该系统现场采用西门子S7-300型PLC及若干模拟量、数字量采集模块和通讯模块，可实现对闸门的升降全过程控制，并实现闸门升降过程中各种工况参数的自动采集与监视，以及故障报警和故障处理，还可以通过通讯实现触摸屏及远程控制，并可监视各种工况参数。

系统采用全计算机监控及后备手动控制方式，从而提高系统的可靠性。采用网络化设计，基于以太网方式通讯，实现现场监控终端与微机控制室、水库管理及远方水利局中央监控室的通讯。

2.2大坝安全监测系统

大坝监测系统采用智能监测技术，主要功能：坝底渗压力及坝前、坝后水位等数据的实时采集和显示；实时、历史数据报表及变化趋势曲线的显示和打印；数值越值报警；历史数据的存储。监测系统要求界面美观，操作方便，数据显示直观准确、实时性好，数据存储方便、保存时间长，硬件系统采用模块化结构和标准接口，易扩展，抗干扰能力强，运行稳定等。自动监测仪器和系统必须正确反映大坝的工作性态和不同时期的变化情况，要求低故障、高可靠性，监测系统采用的仪器具有人工观测和自动观测双重功能。

采用分布式数据采集系统，降低故障率，提高准确性和采集速度，扩展性强。所有监测参量均能实现人工比测。充分考虑防潮、防雷、抗干扰等技术措施，把由于自然、人为因素造成的系统损坏降至最低。软件数据处理系统简单实用，功能强，容易操作。

垛庄水库大坝安全监测系统工程由主站级、现场测控级和测控终端级3部分组成，主站级能迅速可靠、准确有效地完成闸底渗流集中监测，保证各种监测参数的实时监视。还要完成对整个系统运行管理，包括数据存档、检索、运行报表生成打印、对外通信管理等。现场测控级主要由现场测控单元组成，现场测控单元实现各渗压传感器等的自动数据采集，为了保证信号的传输质量，每个断面设计1台现场测控单元，负责采集每个断面的传感器信号，然后通过工业以太网交换机，以光缆为传输介质实现数据到主站管理计算机的远传。测控终端级主要由渗压计等传感器组成，渗压计安装在各断面的渗压管内，实现各对各个断面测点渗压管内压力的采集，并将采集信号传输到现场测控级中的现场测控单元中。

2.3放水洞监控系统

放水洞监控系统由监控主机（与溢洪闸监控系统共用）、现场控制箱、西门子PLC、超声波流量计、网络交换机组成。）监控主机除能迅速可靠、准确有效地完成对放水洞阀门的控制以及流量、泄水总量的自动监测外，还要完成对整个系统的运行管理，包括数据存档、检索、运行报表生成与打印、操作记录、异常记录并报警、对外通信管理等。通过西门子PLC主要完成对各闸阀的安全监视和控制。通过网络交换机实现放水洞现场控制箱与监控主机及水利局总控制级的通讯。

2.4视频监控系统

本系统建设选用数字化、网络化的基于TCP/ IP网络协议的网络化数字视频监控系统，并尽量做到系统能自动接纳、升级。整个系统可分为3部分，第一部分是视频监视前端，即现场监视点；第二部分是中控室视频监控中心；第三部分是视频图像传输网络。监控中心由视频监控主机和8路硬盘录像机等组成。通过硬盘录像机的管理软件可以方便的控制、切换监视器上的图像；可以将监视图像进行硬盘录像，存入文件服务器；可以远程控制远端监视设备，具有系统配置和用户管理的功能，同时支持将IP视频数据流接收到Web信息资源整合平台供浏览共享。

2.5雨情测报系统

因与水文站难以联网，而用于水文自动化测报系统的雨量计几乎都是翻斗式雨量计，国内外都是这样，其他还有一些可用于自动化系统的雨量计，如浮子式雨量计、压力式雨量计等等也可以用于自动化系统，但都还处于初期发展阶段，目前只有很少量仪器实际应用，所以最终选用翻斗式雨量计。而在水文自动测报系统中雨量精确度一般在0.1mm以上，所以选用单翻斗雨量计。

JDZ02—1型翻斗式雨量计输出为开关量信号，为避免雷电和干扰影响，安全期间数据传输线路应该穿入金属管埋在地下或墙壁之中，不能空中架设。开关量信号由雨量监测采集装置通过RS485信号接入工控机，由程序负责记数，并存入数据库保存调用。

3　结语

经过长时间的运行证明，垛庄水库在应用自动化监控系统后，其运行控制更加方便、安全可靠，水库管理的自动化程度得到较大提高。实践证明，将自动化监控系统应用到水库工程中是可行的，不但能够提高水库控制管理的准确度，而且使水库管理的智能化水平得到较大提高。自动化监控系统的应用不仅益于单个水库管理，还可以将整个地区的水库集中到一起，实现整个地区水库管理的集中管控，以达到费省效宏的目的。

（责任编辑 赵其芬）

【中图分类号】TV697

【文献标识码】B

【文章编号】1009-6159（2015）-09-0018-02

收稿日期：2015-05-30

作者简介：侯德国（1981—），男，工程师