计算机监控系统在宜陵闸运行管理中的应用

于洪亮

江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200

1 宜陵闸工程运行管理概述

宜陵闸位于扬州市江都区宜陵镇，是新通扬运河引排控制工程之一。该闸建成于1963年，具有控制水位，调节新通扬运河、三阳河引排水，并兼顾通航等综合功能，是江都水利枢纽工程的重要组成部分。该闸设计流量为300m3/s，共13孔，其中右岸侧设通航孔。在我国经济和科技高发展的前提下，为了能更好地适应现代发展，水闸管理必须满足高要求，提高水利工程效益及管理水平。在水闸计算机监控系统中应用计算机控制技术，对传统的启闭机进行改造，实现了水闸自动化控制，提高了系统的安全性和可靠性，系统真正实现了全自动运行。

2 计算机监控系统架构

计算机监控系统为分层分布开放式星形结构，分为两级，即主控级与现地级。现地监控单元与监控工作站采用以太网方式与交换机连接，传感器通过RS－485串行通信口或4～20mA输出与PLC连接。

控制权分控制室、现地两级，可以进行无扰动切换。系统的控制权限越接近设备，控制权限越高。主控级设于宜陵闸控制室内，通过网络将节制闸、通航闸实时运行信息与数据（如运行参数、闸门开度、水位曲线、流量等）上传至控制室。通过监控网络与现地控制级建立通信，通过工作站的监测监控界面，显示现场设备的运行参数与状态，同时下发控制命令，监督现地监控单元对监测监控命令的执行。

现地控制级是系统最后一级也是最优先的一级控制，它向下接收各类传感器与执行机构的输入输出信息，采集设备运行参数和状态信号；向上接收上级控制主机的监测监控命令，并上传现场的实时信息，实施对现场执行机构的逻辑控制。现地控制单元设1套PLC，安装于1块控制屏内（与低压柜并列安装，外形尺寸同低压柜）。PLC配置电源模块、CPU模块、以太网通信模块、开关量输入输出模块和模拟量模块（I/O点数应留有30%的容量裕度），PLC控制1#～13#孔闸门与公共设备。控制屏配置1块10"液晶触摸屏。

宜陵闸共有13孔，2孔闸门设1只落地式现地控制箱，通航孔单独设1只现地控制箱，共有7只现地控制箱。控制箱装有闸门开度显示仪表，具有闸门状态指示、闸门开度显示。控制箱面板上装有现地（远方）切换开关、按钮与信号灯等，内部装有带电动操作机构的空气断路器、交流接触器和低压电机保护装置等；1#控制箱装有上下游水位显示仪表。宜陵闸计算机监控系统拓扑图如图1所示。

图1 宜陵闸计算机监控系统拓扑图

3 计算机监控系统的功能

3.1 数据采集与处理

系统可巡测节制闸各种实时数据与状态信号，进行必要的数据预处理，并建立当地实时数据库和历史数据库。数据采集内容如下：模拟量，电气模拟量，非电量及干式变压器温度、水位等；开关量，状态信号，事故信号等；数字量，开度、智能仪表的电量测量等。

3.2 信号量值的设定

在使用的过程中，会发生设备故障等原因导致的信号出错，而人工可以设定分析处理的信号量。计算机系统允许工作人员及系统操作人员对系统进行人工设置，在设置之后，计算机系统会正常处理设置后所收集的信息，计算机监控系统会给出相应的标志来区分它们。

3.3 控制与调节

运行人员可利用鼠标或键盘，根据节制闸当前的运行情况和控制命令，对闸门的运行进行控制。控制的内容包括闸门开、关、停操作；电气设备的开、关操作等。运行人员在界面上点击所控设备图形（控键），界面上自动弹出控制模拟键和操作流程图，运行人员点击所需控键后，计算机自动实施操作流程，并能在流程图上观察每一步的执行情况和流程受阻情况的部位及原因，进行开环运行指导、闭环自动控制操作和调度。

在保证安全运行的情况下，系统根据调度下达的过闸流量，根据闸门控制操作规程编制优化调度运行程序，自动确定开启闸门的孔数，实现节制闸最佳运行和闸门最佳开度运行。

3.4 运行监控及事故报警

工作人员可以通过计算机系统对全站内的设备进行实时监控了解设备状态，实时显示所有设备的运行情况和运行数据。

监控系统将对某些参数及计算数据进行监控，工作人员可以设置参数的范围，当参数超过设置范围时，可进行越位报警；当系统检测到参数超限时，会及时做出反应，做出故障提示，向有关人员发出警告信息。

3.5 人机接口

线上实时监控可使工作人员对现场安全进行实时监视，工作人员可以通过控制室内的计算机键盘，线上调整显示画面，显示数据和实时情况，可以随时修改参数。根据工作人员的职责不同，还可以随时打印观看监测数据和设备的运行日志、统计报表等。

3.6 画面显示

画面显示为计算机系统的重要组成部分，扮演着不可缺少的角色。主机画面显示有自动召唤和自主召唤两种方式，自动召唤画面是在系统自己检测到事故时，主机系统会自主召唤出事故现场及相应的操作画面，自主召唤是指在工作人员自己的操作下单方面调出所需的画面。画面内容包括单线图，上下游水位过程线，各种语句、表格等。画面显示稳定且清晰，简单易操作。

3.7 统计管理

系统可对各设备的运行情况进行统计及记录，自动发布信息提示运行人员。统计的类型包括设备正常及非常投切次数、设备运行时间等。对于各设备及各主要辅助设备的状态进行变位及变位时间的统计，必要时产生报警。系统还可对参数越限及定值变更等情况进行统计及记录，并自动生成各类报表、日志，支持打印操作。

3.8 功能扩展

系统支持软件功能的扩展，通过软件通信接口与第三方的优化调度程序进行通信，实现工程效益最大化。上级调度下发给定总流量目标后，引排水任务即被明确，如何在上下游水位变化、水位约束、流量控制、经济运行等多种因素考虑下实现整个闸门的优化运行，对于系统功能的整体目标实现具有决定性的意义。优化调度系统能基于人工智能等先进技术，建立水位的预测模型，在开发过程中应利用历史监测数据，对水闸特性曲线进行标定，建立准确的水闸运行模型。计算机监控系统能够接收优化调度程序计算出开高和孔数，实现最优的调度运行。

4 计算机监控系统运行中出现的问题及处理方法

4.1 系统硬件问题及处理方法

计算机监控系统主要由PLC进行串联和显示，PLC柜中会显示PLC的各个部件，例如显示头、按钮、控制器等。当设备运行出现故障时，要先检测设备能否正常启动，设备线路是否正常连接；检查每个零部件之间是否正常接触，有无断接现象；检查电压输入和输出部分是否正常，是否符合设备要求；检查控制电源是否在正常的连接范围之内，有没有损害情况出现。除此之外，平时要按照要求进行合理、彻底的检修维护工作。

在启闭机发生故障时，主要检查包括动力柜在内的交流接触器、中间接触器、各个开关等，检查这些的同时，要分析启闭机的变速装置和制动装置在日常维护的过程中是否严格落实。另外，闸门传感器出现故障时，要及时发现并更换编码器，保证其能正常接收数据，并对机械部分进行维护和检修，确保其能正常运行。

4.2 系统软件故障及处理方法

监控系统软件包括四大部分，即计算机系统软件、基本软件、应用软件及工具软件。系统组成的部分较多，水利工程管理单位在使用计算机监控系统时，要专门建立一个设备和软件维修工作组，队伍人员必须拥有专业素质，要熟练掌握工作内容，并且能够及时处理问题。如果自动化监控系统安装完成，会涉及以后的更新和升级，要与相关的程序设计人员保持联系，在规定时间内，要求他们对系统进行杀毒和维护工作。

5 结束语

文章通过研究开发宜陵闸计算机监控系统，实现13孔闸门及户内变电所设备的自动控制，提高了工程技术管理水平和运行管理保障能力，实现了工程效益最大化，经实践验证，计算机监控系统应用情况良好，实现了既定的计划及阶段性目标。在科学技术高速发展的时代下，水闸管理人员要不断学习，将自身更多活力注入水利工程的发展，促进水利工程管理这项工作向网络化、自动化、智能化发展。