大治河排涝闸站监控系统应用

俞诚哲，俞新雄

（1. 浙江禹贡信息科技有限公司，浙江 杭州 310052；2.萧山区钱塘江灌区管理中心，浙江 杭州 310018）

1 引言

萧山区蜀山片外排工程-大治河排涝闸站位于杭州市萧山区，下沙大桥下游右岸约530 m处，大治河和钱塘江交汇口处，老大治河排涝闸站原址下游30 m。工程为在老大治河闸站拆除后新建。大治河排涝闸站改建工程为闸泵结合的综合枢纽。由三孔排涝闸门及5台单向排水泵组成，单机排涝流量为20 m3/s，总排涝设计流量为100 m3/s，单机功率1 400 kW，总装机功率7 000 kW。为了实现远程控制，提升管理安全和管理效率，建设自动化控制系统。该系统共包含10大部分：网络通信系统、PLC现场控制系统（5台泵机LCU柜、公用LCU柜、开关柜LCU柜、上下游节制闸LCU柜）、上位机监控系统（包含操作站、组态软件、数据库系统等）、图像监视系统（包含前端摄像机、存储、图像操作站、拼接大屏系统）、仪表系统（包含液位计、流速仪、流量计、示流器等）、直流系统、交直流供电系统、UPS系统及配套的馈线柜、低压防雷系统（各电源柜、LCU柜、仪表、视频、网络）、励磁系统、闸门就地控制系统（检修闸门、工作闸门等）、安全监测系统（包含渗压计、位错计及上位机检测展示软件）。

2 PLC控制系统

PLC控制系统由中央处理器（CPU）、I/O模块（DIDOAINET485）和PLC下位机软件及网络系统、其他附件等构成。下位机（PLC系统）通过采集仪表系统的测量参数、各工艺设备的状态参数和接受触摸屏及上位机的控制命令，根据编制的泵机、闸门启闭机控制程序，来实现对各工艺设备的自动控制和远程遥控，并将各信号上传至监控中心的工况监控计算机上。其中闸站监控系统中的排涝泵组启动流程具体如图1所示，排涝泵组停机流程具体如图2所示。泵组的启动过程采用一键启动和单项控制方式，日常运行采用一键控制，即运行人员收到调度开机指令后，巡检确认启动条件满足，只需要在上位机上点击一个按钮，即可完成整个泵组的启动全过程。如发生部分设备故障或启动条件不满足需要强行启动，则采用单项控制方式，按启动流程逐步进行。泵组的停机过程采用一键停机和单项控制方式，日常运行采用一键控制，即运行人员收到调度停机指令后，只需要在上位机上点击一个停机按钮，即可完成整个泵组的停机全过程。如发生部分设备故障或顺序停机条件不满足，则采用单项控制方式，按停机流程逐步进行。发生故障或紧急情况时，则采用紧急停机流程。

图1 泵组启动流程图

图2 泵组停机流程图

3 上位机监控系统

上位机监控系统是整个大治河排涝闸站监控系统中的核心部分，可以对整个闸站进行监测和控制，它具有一定的开放性、灵活性和多样性。它的功能非常多可以进行动态画面显示和远程遥控，强大的人机交互能力可实时采集闸站的局部信息, 包括整个闸门的开闭操作、泵机的运行状态、液位状况等信息。它有报警功能、报表输出功能、数据采集处理功能、远程操纵功能和历史数据储存功能等。在大治河排涝闸站监控系统中，上位机监控系统采用艾默生（原美国通用GE）公司的SCADA软件IFIX5.8来完成，主要用来采集和处理来自PLC的数据、发出人机交互指令给PLC控制器、设置参数、画面显示、报警输出、报表曲线输出等；

具体数据有：电力系统数据（高配、低配的电压、电流、功率、电能量、直流系统）；网络通信数据（网络结构、IP地址、通信速率）；河道环境数据（水位、流速、流量等）；闸门运行数据（开度、运行状况、载荷等）；泵机组运行数据（电流、电压、功率、励磁、转速、）；机组工艺数据（工艺水流量、压力、温度、泵组轴承温度、电机线圈温度）；其他辅机数据（渗漏排水相关、检修排水相关、检修闸门相关、通风机组相关、备用发电相关、环境照明相关）；整个监控软件界面主要由以下几个画面构成：闸站主界面、网络构架、泵组控制界面、泵房设备界面、闸站电气界面、闸站实时数据（报表、曲线）、参数及报警设置界面、报警管理界面、系统管理界面等组成。

采用闸站俯视简化示意的方式展示闸站的全貌，通过全貌可以很直观地了解整个闸站的泵组和节制闸的布置方式，以及全站当前设备运行状况、水系状况。画面中心为5台排涝泵组，每台泵组设置1个进口闸门、1个出口闸门、1个出口检修闸门，通过设备颜色可区别运行、故障、停止状态；5台泵组下方为3组排涝节制闸，每组节制闸均设置1个进口闸门、1个出口闸门、1个出口检修闸门通过设备颜色可区别运行、故障、停止状态。泵组左侧为外江水位、右侧为内河水位以及各流道的流量数据。主画面下方为泵机运行主要参数，包括定子电流、励磁电流、励磁电压、3个闸门的开度状况。

整个闸站采用1 000 M速率的工业以太网组网。高速核心交换设备连接各PLC控制柜和工作站、工程师站、图像工作站，并采用GPS时钟统一授时。泵组的启动过程采用一键启动和单项控制方式，日常运行采用一键控制，即运行人员收到调度开机指令后，巡检确认启动条件满足，只需要在上位机上点击一个按钮，即可完成整个泵组的启动全过程。如发生部分设备故障或启动条件不满足需要强行启动，则采用单项控制方式，按启动流程逐步进行。

泵组的停机过程采用一键停机和单项控制方式，日常运行采用一键控制，即运行人员收到调度停机指令后，只需要在上位机上点击一个停机按钮，即可完成整个泵组的停机全过程。如发生部分设备故障或顺序停机条件不满足，则采用单项控制方式，按停机流程逐步进行。

发生故障或紧急情况时，则采用紧急停机流程。泵房设备主要是工艺水系统，包括过滤器、循环水箱、热交换器、循环水泵等等，设备参与自动启停流程控制

电气设备主要是双路进线、10 kVI段、10 kV Ⅱ段、母分联络、1号、2号站变、5台高压控制柜等等，电气设备参与自动启停流程控制。

数据报表和曲线功能方便查询实时数据和历史数据，可以按年月日分别查询，也可按参数名称分别查询，可以多曲线同列比对查询，具有较完善的数据查询分析功能。

综上所述，上位机SCADA软件系统具有数据采集与处理功能、运行监视和事件报警功能、控制与调节功能、画面显示功能、语音提示功能、系统自检和自动重启动、数据通信功能等，可完成闸站的全自动、半自动、手动操作过程。

4 闸站安全检测系统

大治河闸站设计预埋了多个在线式振弦式渗压计、位移计、地下水位计，用于实时检测闸站的建筑物状况，并使用独立的数据采集设备、数据分析软件，对渗压计、位移计等数据进行采集、分析、显示、保存。整个安全检测系统采用在线方式，可不间断对建筑物进行安全检测，对日常管理提供了极大的帮助。

5 闸站视频监控系统

大治河闸站设计安装了多路高清视频监控，实现了每个重要设备的单点监控、全站无死角安防监控，全部采用海康威视的前端产品和视频监控软件，并提供长时间的录像存档，对日常管理提供了极大的帮助。

6 大屏展示系统

大治河闸站设计安装了大屏幕展示系统，并通过高速网络交换系统进行数据、视频、安全检测等的系统融合，并展示到中控室的大屏幕上，用于日常运行管理。

7 结束语

针对大治河闸站自动化建设，设计了PLC控制系统；并利用SCADA组态软件设计了闸站的监控的各种界面，并通过实时曲线监视重要数据，利用报表记录重要数据且可以提供查询功能，利用了脚本语言实现了丰富的动画展示，使得系统更加形象逼真；配置了在线安全检测系统用于建筑物的安全管理；配置了全站视频监控系统、中控室大屏系统用于日常运行管理，本大治河排涝闸站自动化自完工验收以来，取得了较好的运行管理效果。