自动化监控系统在拦河闸工程设计中的应用

(山东省临沂市水利勘测设计院，山东 临沂 276000)

1 工程概况

青山埠拦河闸位于蒙阴县夏家庄村西北。拦河闸自建成运用以来，一直由青山埠电灌站管理所进行运行管理，效益显著。但由于设计标准低，年久失修等原因，老化、退化严重，拦河闸主体工程已被冲垮，不能正常蓄水。青山埠拦河闸是蒙阴县重点大型水闸，位置举足轻重，为尽早消除安全隐患，充分发挥水库效益，急需进行除险加固。拦河闸改造后工作闸门采用10m×6m(宽×高)露顶式平面钢闸门，共17孔，工作闸门的启闭机选用双吊点固定卷扬式启闭机，配套电机YZ200L—8，功率15kW，电压等级380V。

为了提高水闸的管理水平，实现水闸管理单位对闸门、闸基渗压等进行自动监控，并对数据加以处理与传输，实现现代化管理，本次除险加固工程增设了自动化监控系统，将实现“无人值班、少人值守”的管理方式。

2 设计目标

2.1 先进性

以适度的超前意识为指导原则，设计采用先进的系统设备及系统软件和开发工具，保证系统在技术上领先，成熟稳定，符合今后的发展趋势。

2.2 开放性

系统具备开放性和兼容性。高度模块化设计，可与未来更换扩展的设备具有互连性和互操作性，各子系统之间留有标准通用通信接口，为子系统的扩充、集成留有余地。

2.3 可靠性

软硬件设备运行稳定，故障率低，容错性强，应采取有效措施，保证系统无故障连续运行。

2.4 安全性

对数据库的存储和访问具有有效的安全措施，防止数据破坏、窃取等事故发生。安全级别控制健全，防止截取操作，能有效审计用户操作，以便追查事故原因。

2.5 适用性

管理功能全面，能充分满足管理局自身各种业务的管理要求。具有完全的中文操作环境，界面简练、友好。

2.6 可维护性

具备故障诊断和分析工具，能帮助维护人员迅速判断故障原因，并具备有效的维护工具和系统自恢复工具，能保证及时准确排除故障。

2.7 良好的性价比

设备选型和系统设计在确保用户需求、系统集成要求的前提下具有良好的性价比。

3 自动化监控系统设计方案

根据项目的实际情况，青山埠拦河闸自动化监控系统设计总体规划架构包括闸门自动化控制、闸坝渗压监测、视频监控和广播预警4大子系统，采集到子系统的数据经系统融合处理，由网络设备传送到监控中心，监控中心统一下达操作指令。子系统之间的数据交互采用开放式数据平台，利用编程指令完成。子系统与调度指挥中心平台信息传输采用树形网络结构。系统拓扑图如下图所示。

青山埠拦河闸自动化监控系统拓扑图

3.1 监控中心

工程监控中心设在闸坝右岸桥头堡中控室内，它是闸门自动化控制、闸坝渗压监测、视频监控和广播预警4个子系统的监控管理中心，是拦河闸管理机构的小型会商、防汛指挥调度中心，该系统与上级管理机构信息化系统链接，实现信息共享与远程调用。

监控中心共设工控机4台，其中，1台为视频监控主机；1台为拦河闸闸门监控主机；1台为闸坝渗压监控主机；其余功能由另1台工控机完成。

为放置这些工控机，设置5工位监控操作台，除放置这4台工控机外，放置打印机、电话等办公设备。

为进一步加强控制效果、及时并一目了然地了解系统中控制状态，设监控墙一面。

系统的网络架构为以太网方式，子系统的图像、数据由光纤收发的形式传送到调度指挥平台中，子系统的视频图像、水位、闸坝渗压等重要图像、数据由存储服务器存储，管理服务器统一管理，综合调度，WEB服务器发布。

3.2 闸门自动化控制系统

拦河闸设计共17口闸门，采用卷扬式闸门启闭机。闸门自动化控制系统主要是通过计算机监控系统检测闸门上下游水位、闸门荷重、闸门启闭状态与开度等，同时实现现场站、管理单位、上级管理机关(预留扩展接口)三级监控管理，达到能够在管理单位监控中心远程控制闸门启闭。

系统由现场控制单元(LCU)、PLC控制站、信号传送线缆及监控中心组成。每个闸门配备1套独立的LCU,每个LCU都需配备必要的闸门测控仪器，操作人员可用此进行现场控制；配备1套带触摸显示的PLC屏，用来采集、显示各设备参数及控制启闭机设备；闸室的上、下游各配备1套水位监测系统，采用U型管连通方式，并设计防护平台，便于测量当前水位变化。系统还可以根据用户要求和系统特点实现现场单控、群控，也可在异地远程遥控。PLC控制站与现场常规仪表及控制设备通过现场总线的形式进行数据的交换处理，PLC控制站与监控中心通过以太网络传输。管理单位监控中心配备工业计算机、打印机、不间断电源等，工业计算机安装闸门远程控制管理软件，用来实时监测闸门情况，控制闸门启闭；上级管理机关可通过WEB形式进行远程管理(预留扩展接口)。进而做到监管合一的现代化、数字化管理。

3.3 闸坝渗压监测系统

建立安全监测自动化系统，实时了解闸门的工作状态和可能存在的事故隐患。系统共设20个渗压监测点，其中左、右翼墙各布置4个渗压监测点；4号闸墩、10号闸墩、16号闸墩各布置4个闸底板渗压监测点。该系统由振弦式孔隙水压力计、自动测控单元、应用管理软件等组成，选用分布式数据采集系统，该系统具有可靠性较好，通用性强，组态灵活，安装简便，抗干扰性能强等优点，能保证监测数据的连续性，同时具有一定的扩展性。

3.4 视频监控系统

为保证拦河闸正常运转和安全管理工作的需要，设计对重要节点进行全天候实时视频监控。

系统由17个红外定焦枪机、4个激光夜视摄像机、4个带云台激光夜视摄像机组成，其中红外定焦枪机分别安装在17孔闸门前端，用来观察闸门的启闭情况，确保闸门安全运行；激光夜视摄像机分别安装在上、下游的左、右岸两侧，用于视频监视拦河闸上、下游水位情况；带云台激光夜视摄像机分别安装启闭机房外前、后、启闭机房内两头，用来监测室外情况，具有很好的防盗、防破坏效果。

3.5 广播预警系统

拦河闸总体跨度较长，基于开、关闸过程中，对周边人员的人身安全考虑，设计1处智能广播预警系统，该系统下设1个广播操作站，2个广播点。

4 结 语

随着计算机技术的快速发展及工业自动化控制技术的日益成熟，自动化监控系统在拦河闸工程中的应用越来越广泛，促使设计人员必须不断探讨研究自动化监控系统在拦河闸工程中的应用、创新，并不断完善。本自动化系统由闸门自动化监控、视频监控、渗压监测和广播预警四大子系统组成，整个系统选件遵循先进与可靠性原则，全部选用近年来经无数工程测试过的稳定性新产品，并且系统留有接口，可供以后开发扩展，整体设计安全可靠，系统与用户的“对话窗口”简洁明了，使用户可以十分轻松的对整个系统进行操作和维护。

目前，青山埠拦河闸自动化监控系统已经施工完成，试运行效果良好。