淮北大堤涡河小型水闸集中监控系统设计与实践

2021-10-25张春林

治淮 2021年7期

张春林刘灿

（安徽省淮河河道管理局蚌埠 233000）

1 工程概况

淮北大堤涡河左、右堤堤防总长220km，沿堤共有穿堤小型水闸48 座，水闸均具有防洪、排涝作用。其中蒙城县境内涡河堤防长114km、小型水闸34 座，沿堤设置6 个基层管理所；怀远县境内涡河堤防长106km、小型水闸14 座，沿堤设置4 个基层管理所。

涡河小型水闸在建设时未配套相应的自动化控制设施，长期以来，基层管理所采用人工检查、观测等方式开展水闸工情、水情等信息的采集，电话报送运行状况，现场电动启闭闸门。由于蒙城、怀远涡河各基层管理所管理堤防占线长，水闸数量众多，遇涡河流域强降雨或发生流域洪水时，各水闸水情观测频率难以满足调度需要，水闸启闭精准性不高。

2 集中控制系统方案

结合管理单位工作职责分工，集中监控系统总体划分为水闸现地控制系统、视频监视系统和远程监控系统三部分。水闸现地控制系统与视频监视系统相对独立，水闸远程监控系统建于现地控制系统的基础上，现地控制系统独立于水闸远程控制系统运行。

2．1 现地控制系统

2.1.1 现地控制系统组成

水闸现地控制系统的可编程逻辑控制器PLC、触摸屏、动力回路和控制回路设备，电压、电流仪表，水位、闸门开度仪表等位于现地控制(LCU)柜上，LCU 柜位于启闭机室内；水位计采用浮子式和雷达式两种，安装于水闸上下游引河道上；开度传感器为机械式编码器，通过联轴器或齿轮将BEN 编码器轴与启闭机卷筒轴或螺杆联结；前端采集设备与显示仪表、处理单元间通过专用网络连接，进行数据、信息的传输。

2.1.2 现地控制方式

现地控制系统控制方式由触摸屏控制和按钮控制两种方式。两种方式间通过LCU 柜面板上的控制转换开关完成切换。当控制转换开关在手动位置时，闸门启闭通过LCU 柜面板上的“开启”“停止”“关闭”按钮进行操作。当控制转换开关在触摸屏位置时，通过在触摸屏上设置闸门目标位置等参数信息，启动电动机启闭闸门，此时LCU 柜体按钮仅“急停”按钮有效。无论在何种控制方式下，当闸门运行至上下限位时，系统自动停止电机，闸门停止运行。

此外，触摸屏作为人机界面，显示实时上下游水位、闸门开度、电压、电流、流量等运行数据及告警信息等。

2．2 视频监视系统

视频监视系统由摄像机、网络硬盘录像机NVR、视频管理平台等设备及相关软件组成。视频摄像安装于水闸上下游、启闭机室内、管理所院区及控制室内。根据实际现场情况，水闸上下游摄像机采用球机型式，用于监控上下游河道情况，如人员涉水活动、河面漂浮物、水流流态等；闸室及管理所控制室摄像机采用半球型式，用于监控设备运行情况、操作人员操作行为，同时兼顾安防任务；管理所院区摄像机采用球机型式，主要满足于安防需求。各路摄像机所采集的视频信号经专用网络传输至管理所，保存于网络硬盘录像机NVR 中。视频管理平台部署于蒙城局、怀远局监视中心，用于统一管理下辖视频资源。

管理所控制室内的管理人员直接登录NVR，查看实时现场视频图像，调阅历史存储数据，通过软件控制现场摄像机镜头及云台，调整光圈大小、焦距远近、变倍高低以及图像角度，以满足不同视频监视应用需求。蒙城局、怀远局监视中心人员通过登录视频管理平台，直接调取视频摄像机，查看实时视频数据。此外，通过视频管理平台可将其所管理的视频资源推送至安徽省淮河河道管理局及其他相关单位。淮北大堤涡河小型水闸视频监视系统图见图1。

图1 淮北大堤涡河小型水闸视频监视系统图

2．3 远程监控系统

2.3.1 上位机软件

水闸远程监控系统上位机软件安装于各管理所和蒙城局、怀远局工程师站兼操作员站的工控机上，选用自动化软件“组态王6.55”作为开发平台，功能采用模块化设计，主要有数据采集、控制输出、历史数据管理、报表管理、用户管理等模块。

管理所上位机软件读取PLC采集的上下游水位、闸门开度、供配电状态、启闭机状态等数据，操作人员通过上位机人机界面输入指令，获取相关信息，对拥有管理权限的水闸进行启闭控制。在组态画面运行时，闸门启闭机的运行状况以动画的方式反映在上位机显示器上。操作员下发的指令经上位机迅速、准确传递至现场PLC，进行闸门启闭操作。鉴于水闸日常控制职责，不设置蒙城局、怀远局上位机软件闸门启闭控制功能。

此外，为便于水闸集中管理和数据展示，在各基层管理所及蒙城局、怀远局控制室安装86 寸工业级显示器，配备信号源切换台，实现视频监视信息、上位机控制画面的自由切换。

2.3.2 数据库管理

数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，是组态软件开发的核心。“组态王6.55”自带实时数据库DBMS，支持与通用DBMS 链接。各管理所部署1 台数据库访问客户机（前置机），在前置机上安装关系型数据库软件。前置机内数据库与源数据库按一定规则同步，并经水利专网同步至蒙城局、怀远局对应数据库，为远程监控系统提供数据服务。淮北大堤涡河小型水闸远程控制系统图见图2。