淠史杭灌区罗管节制闸信息化建设实践

黄 娟

淠史杭灌区罗管节制闸信息化建设实践

黄 娟

一、工程概况

淠史杭灌区是新中国成立后兴建的全国最大灌区之一，是淠河、史河、杭埠河3个毗邻灌区的总称，位于安徽省中西部和河南省中南部，大别山余脉的丘陵地带，横跨长江、淮河两大流域，总面积14107 m2。灌区水源来自梅山、佛子岭、磨子潭、响洪甸和龙河口五大水库，总库容达66亿m3。担负着安徽、河南两省20个市县（区）的工业、农业和居民生活供水重任，灌区的有效灌溉面积达1000万亩。

罗管节制闸是淠史杭灌区设计流量最大的节制闸，位于六安市金安区三十铺境内，是淠河总干渠的咽喉要道，其主要职能是通过调节闸上、下水位和流量，来满足上游淠东、杭淠、瓦西等三条干渠和下游瓦东、滁河、潜南等干渠的引水要求，协调六安、合肥两市的供水任务。闸下控制灌溉面积409.50万亩，设计流量172.1m3/s。

二、罗管节制闸信息化系统

罗管节制闸的信息化系统是指从淠史杭总局到罗管闸管理所组成的水闸监视系统，远程监视启闭机和中控室以及上、下游水位等，系统能把远端的图像信息通过网络及时传输到淠史杭总局监控调度中心。同时在罗管闸建设一个可进行中央数据采集、监视和控制的闸门自动控制系统，即建设成集数字化、分布式数据采集，分层数据传输，多种显示方式等功能于一身的SCADA系统。从而使该信息化系统具有统计查询、优化调度的功能。

罗管闸信息自动化控制系统采用先进的开放、分层分布式结构。主要由闸门计算机监控系统、工业电视监控系统、渗压监测系统和局域网系统四部分组成。采用开放、分层分布式结构的主要优点是各子系统即相互独立，又共用一个网络平台，形成一个有机的整体，有力地保障了整个系统的安全运行。

1.闸门计算机监控系统

罗管节制闸门计算机监控系统采用开放式全分布系统结构，分设现地测控层、监控操作层和管理网络层，分别对应为启闭机房（I级）、水闸控制中心（II级）、淠史杭总局管理调度中心（III级）。三层分级控制，按照设定权限级别，现地测控层最高，监控操作层次之，管理网络层最低。

闸门控制中心设在桥头堡中央控制室，控制中心设备包括2台主机兼操作员工作站，1台激光A3打印机，1套UPS电源，1套硬件防火墙，1套操作台及网络设备等。

操作员工作站主要完成闸门的运行自动化及其管理，包括历史数据存档、归类、检索和管理，运行报表生成与打印；人机接口功能，即完成设备运行的实时监视与控制，来自现地控制单元的实时信息直接在显示器上显示刷新。

闸门现地控制单元（LCU柜）共3套，其中1#LCU用以监控1～2#闸门，2#LCU用以监控3～4#闸门，3#LCU用以监控5#闸门、上下游水位、配电设备以及柴油发电机组等。在现地控制单元屏上每个闸门都配有闸门开度显示仪、荷重显示仪以及常规控制按钮，使运行人员能独立于PLC直接对闸门进行操作。

2.工业电视监视系统

罗管节制闸设置工业电视监视系统，工业电视监视系统分为现场摄像和集中显示控制两大部分。

现场摄像：在罗管上下游河道合适的位置分别设置1台130万高清网络变速云台摄像机，对闸门附近的水域和交通桥进行监视；在启闭机房内的合适位置安装1台130万高清网络高速球型摄像机，用于监视各孔闸门启闭机的工作情况；在5扇闸门附近各设1台130万高清网络枪型摄像机，用于监视各孔闸门工作情况；在控制室、配电室、柴油发电机房内的合适位置安装1台130万高清网络枪型摄像机，用于监视控制中心、高低压配电设备和柴油发电机组运行情况。

集中显示控制：前端摄像机数据传输到后端，通过网络存储NVR进行存储、管理和显示，NVR配5块2T专业监控硬盘，满足前端图像30天循环录像。支持1080P高清预览，HDMI视频输出分辨率最高达1920×1080，VGA视频输出分辨率最高达1920× 1080，支持VGA、HDMI同步输出，可以通过鼠标实现三维智能定位，具有录像回放的智能搜索和录像的定向存储等功能。

闸门电视监视系统与计算机闸门监控系统联网配合，对整个罗管闸的启闭机、闸门、变配电设备、上下游水域以及公路桥进行全方位的监视。

3.渗压监测系统

闸门底板的扬压力通过测压管观测，为使观测结果能反映整个闸室基底的渗流，在中墩底板下布置一个观测断面，分别在底板的上下游端部和中部。每根测压管集中引至中控室内，以便于观测。

4.局域网系统

局域网系统为分层分布开放式结构，采用快速以太网拓扑结构，现地级与主控级采用超五类屏蔽网络线缆实现数据通信，网络交换机为工业以太网交换机。系统主控级的操作员工作站与现地单元级之间采用以太网连接。可使信息可靠传输、分布存储与检索。能够实现系统的办公自动化、管理智能化、调控远程化、决策科学化。

三、信息系统的控制运行方式

系统采用开放式全分布结构，分设现地测控层、监控操作层和管理网络层，分别对应为启闭机房（I级）、水闸控制中心（II级）、淠史杭总局管理调度中心（III级）。三层分级控制，按照设定权限级别，现地测控层最高，监控操作层次之，管理网络层最低（见图1）。

图1 淠史杭灌区淠河总干渠罗管节制闸信息化系统控制结构

现地测控层在启闭机房，通过在现地控制柜的触摸屏软件实现闸门的运行；监控操作层位于罗管闸控制中心，通过上位计算机的监控系统软件实现闸门的运行；管理网络层位于通过网络互联的淠史杭总局调度中心，以及内部局域网络以及与之互联的上级主管单位的计算机上，通过监控系统客户端软件，经过系统权限认证通过后进行控制。

控制结构分为四个层次：现地设备层手动控制、现地测控层控制、监控操作层控制、管理网络层控制。

现地设备层手动控制：最高优先级控制。在PLC发生故障时，可通过现地动力柜内的继电器回路进行闸门现地手动控制。主要设备包括：闸门动力柜、闸门启闭机、闸门开度编码器及显示仪表等。

现地测控层控制：通过现地LCU单元实现闸门自动控制，并将控制信号传送到中控室操作员工作站以便监控。

监控操作层控制：通过上位计算机的监控系统软件实现闸门的运行。

管理网络层控制：网络互联的淠史杭总局调度中心，内部局域网络以及与之互联的上级主管单位的计算机，通过监控系统客户端软件，经过系统权限认证通过后进行控制。控制方式的切换将严格按照控制的优先级获取控制权，各控制权之间严格互锁，能够在切换过程中做到系统运行无扰动。

四、罗管节制闸信息化系统的功能与特点

淠史杭灌区罗管闸信息化系统采用了先进的开放、分层分布式结构，是一个集多种显示方式于一身的SCADA系统。具有自动监测、连续监测、自动数据传输、自动报警以及停电保护和来电恢复等功能。该信息化系统的特点是：实用、经济、可靠、实时、先进、易操作、易维护及可扩展。

五、结语

淠史杭灌区淠河总干渠罗管节制闸信息化建设实施方案结合了灌区的实际情况，充分利用了先进的信息技术手段，提高了信息采集的准确性和信息传输的时效性，实现了灌区的信息交换与共享，降低了灌区的管理成本，增强了灌区的管理效率，为灌区的管理决策提供科学的依据，保障了自来水供水安全及生产，促进了水资源的合理配置和高效利用，以及灌区的可持续发展

（作者单位：安徽省淠史杭灌区管理总局 237010）