淺析江風(fēng)口閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王伯龍 張方坤 公 靜

一、工程概況

江風(fēng)口分洪閘（以下簡(jiǎn)稱(chēng)江風(fēng)口閘）位于山東郯城，邳蒼分洪道的入口處，是分泄沂河超量洪水入邳蒼分洪道的控制性工程，為沂沭泗流域防洪體系的重要組成部分。工程共11孔，老閘7孔為液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，新閘4孔為卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，均為弧形鋼閘門(mén)。為完善閘門(mén)自動(dòng)控制功能，提高工程運(yùn)行的安全性、可靠性和工程管理水平，通過(guò)對(duì)新老閘11孔閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了閘門(mén)現(xiàn)地控制、主控級(jí)控制，為上級(jí)防汛部門(mén)科學(xué)合理調(diào)度洪水提供了信息支持。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

對(duì)于江風(fēng)口閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，要求其不僅要具有完善的監(jiān)控功能，而且要具有極高的可靠性、良好的開(kāi)放性功能。因此，系統(tǒng)采用全開(kāi)放、分層、全分布式結(jié)構(gòu)，主要由位于啟閉機(jī)房的現(xiàn)地控制單元（LCU）、中控室主控級(jí)和閘管所調(diào)度中心主控級(jí)組成。

現(xiàn)地控制單元（LCU）共5套，3套置于老閘液壓?jiǎn)㈤]機(jī)房?jī)?nèi)，分別為一控三、一控四和1套公共LCU，主要監(jiān)控老閘7孔閘門(mén)和液壓?jiǎn)㈤]機(jī)運(yùn)行情況；2套置于新閘卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，均為一控二，主要監(jiān)控新閘4孔閘門(mén)和卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)運(yùn)行。LCU控制屏上裝有電壓表、電流表、液晶控制屏、報(bào)警裝置等，能實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行采集和監(jiān)控。

中控室主控級(jí)和閘管所調(diào)度中心主控級(jí)均以一套工控主機(jī)為核心，由運(yùn)行人員操作臺(tái)、外圍設(shè)備及不間斷電源等控制層設(shè)備組成，主要設(shè)備包括2臺(tái)操作員工作站、2臺(tái)打印機(jī)、2臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)、2套UPS電源及2套大屏幕液晶顯示器等。

江風(fēng)口閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖1所示。

（2）視頻監(jiān)視系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)包括攝像機(jī)、視頻同軸電纜、控制電纜、16路硬盤(pán)錄像機(jī)和多媒體工作站，即由前端攝像設(shè)備、傳輸設(shè)備、顯示設(shè)備、錄放像設(shè)備、控制一體化設(shè)備構(gòu)成。主要用于監(jiān)視水閘上下游洪水、啟閉機(jī)房和配電室內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況，系統(tǒng)全部由計(jì)算機(jī)控制，由NV401616路數(shù)字硬盤(pán)錄像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)記錄。

硬盤(pán)錄像機(jī)置于中控室主控級(jí)的操作臺(tái)，視頻信號(hào)經(jīng)壓縮后連同控制信號(hào)沿以太網(wǎng)傳輸。閘管所調(diào)度中心設(shè)多媒體工作站，并接入以太網(wǎng)交換機(jī)，多媒體工作站安裝視頻監(jiān)視軟件可調(diào)看、控制現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)。

2.系統(tǒng)配置

（1）現(xiàn)地控制單元（LCU）

現(xiàn)地控制單元（LCU）的控制核心采用西門(mén)子可編程控制器（PLC），負(fù)責(zé)對(duì)所轄閘門(mén)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，并能在彩色人機(jī)界面顯示屏上顯示閘門(mén)預(yù)置行程、實(shí)時(shí)開(kāi)度和偏差。能有效地監(jiān)測(cè)、控制啟閉機(jī)電機(jī)，LCU控制柜屏面設(shè)有反映閘門(mén)狀態(tài)、啟閉機(jī)電氣過(guò)載、機(jī)械過(guò)載、故障及有關(guān)操作電源燈的信號(hào)燈以實(shí)時(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行情況。

現(xiàn)地控制單元（LCU）包括手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩部分。手動(dòng)控制主要由控制按鈕、觸摸屏實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)控制由PLC、觸摸屏等組成。在整個(gè)閘門(mén)控制系統(tǒng)形成之前、安裝調(diào)試期間、上位機(jī)或通信網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，LCU能脫離上位機(jī)，獨(dú)立地完成對(duì)閘門(mén)的PLC自動(dòng)和手動(dòng)控制操作與監(jiān)視。當(dāng)故障檢修完成后，LCU又自動(dòng)服從上位機(jī)的管理。

（2）主控級(jí)控制

主控級(jí)設(shè)有操作員工作站、打印機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)、UPS電源等設(shè)備。通過(guò)工作站對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行單孔或成組閘門(mén)啟閉或中間停機(jī)；打印機(jī)采用高速低噪音網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)，用來(lái)打印運(yùn)行記錄、運(yùn)行日志及報(bào)表、操作記錄等，打印內(nèi)容和格式可事先設(shè)定，打印方式有定時(shí)打印和隨機(jī)打印等；交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了中控室與調(diào)度中心的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；UPS電源可提供持續(xù)、穩(wěn)定、不間斷的電源。

操作員工作站選用國(guó)內(nèi)著名工控機(jī)產(chǎn)品，由UPS電源、光電隔離輸入模件、輸出模件、顯示器、鍵盤(pán)鼠標(biāo)等組成?？刂撇考?jīng)光電隔離輸入模件采集現(xiàn)場(chǎng)傳感部件的信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)的各種狀態(tài)信號(hào)及現(xiàn)地閘門(mén)控制信號(hào)，控制部件根據(jù)上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的控制信號(hào)及閘門(mén)位置檢測(cè)的信號(hào)，經(jīng)輸出模件發(fā)出閘門(mén)的啟閉信號(hào)，經(jīng)RS485接口將信號(hào)送給卷?yè)P(yáng)機(jī)專(zhuān)用變頻器執(zhí)行?？刂苹芈肪哂卸鄻O連鎖保護(hù)，由梯形邏輯進(jìn)行控制。各單元可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作與運(yùn)行。

（3）視頻監(jiān)視系統(tǒng)

前端攝像設(shè)備為SCC-101BP高清晰度彩色攝像機(jī)及SCC-643AP日夜兩用一體機(jī)；硬盤(pán)錄像機(jī)DVR配置OBSERVER視頻監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)云臺(tái)和鏡頭的控制、用戶管理、多畫(huà)面分割、圖像存盤(pán)、圖像壓縮、報(bào)警管理、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能；多媒體工作站實(shí)際為安裝了DVR OBSERVER軟件客戶端的工控機(jī)，客戶端軟件使它能通過(guò)以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控一體化球機(jī)，而對(duì)定焦攝像機(jī)只監(jiān)視不控制。

主控級(jí)操作員可通過(guò)友好的圖形化界面和鍵盤(pán)、鼠標(biāo)選擇任一攝像機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)RS485總線可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)一體化球機(jī)的控制，使它直接達(dá)到預(yù)置的方向和觀察角度。視頻監(jiān)視系統(tǒng)的傳輸主要分布于各攝像點(diǎn)和中控室之間，主要通過(guò)四芯多模光纜、SYV75-5視頻同軸電纜、控制電纜和電源電纜，完成視頻信號(hào)、控制信號(hào)以及電源的傳輸。此外壓縮的視音頻信號(hào)連同控制信號(hào)通過(guò)光纖以太網(wǎng)傳輸。

（4）通訊連接

現(xiàn)地控制單元的控制核心采用可編程控 制 器（PLC），PLC裝在現(xiàn)地控制屏上，通過(guò)接口設(shè)備接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；中控室主控級(jí)與LCU采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，其最大傳輸速率為12Mbps；閘管所調(diào)度中心和中控室主控級(jí)采用100M光纖以太網(wǎng)通訊。

三、系統(tǒng)控制

江風(fēng)口閘閘門(mén)的控制方式分為現(xiàn)地控制和主控級(jí)控制，現(xiàn)地控制優(yōu)于主控級(jí)控制，現(xiàn)地控制與主控級(jí)控制相互閉鎖，并在現(xiàn)地切換。

1.現(xiàn)地控制

現(xiàn)地控制時(shí)能將實(shí)時(shí)控制信號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)輸入PLC在現(xiàn)地控制屏上反映，并能傳送至主控級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以便監(jiān)視。

在設(shè)備安裝調(diào)試期、閘門(mén)檢修期及主控級(jí)發(fā)生故障等情況下，能通過(guò)現(xiàn)地控制對(duì)閘門(mén)進(jìn)行啟閉操作，在現(xiàn)地控制單元的PLC發(fā)生故障時(shí)，有啟動(dòng)閘門(mén)手動(dòng)按鈕控制系統(tǒng)，并在現(xiàn)地控制單元上顯示閘門(mén)開(kāi)度及閘門(mén)開(kāi)度預(yù)置裝置。

2.主控級(jí)控制

主控級(jí)控制分為中控室集中控制和閘管所調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制。主控級(jí)除能迅速可靠、準(zhǔn)確有效地完成對(duì)各閘門(mén)的安全監(jiān)視和控制外，還能完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，包括歷史數(shù)據(jù)存檔、檢索、運(yùn)行報(bào)表生成與打印、對(duì)外通信管理等，而且能與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)通信。中控室主控級(jí)是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制核心，同時(shí)完成和管理所有網(wǎng)絡(luò)接入，可接受調(diào)度中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

四、結(jié)語(yǔ)

江風(fēng)口閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)篩選性能可靠的軟、硬件，依托現(xiàn)代計(jì)算機(jī)監(jiān)控的各種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全閘的實(shí)時(shí)監(jiān)控，縮減了現(xiàn)場(chǎng)值班人員的數(shù)量和工程巡查人員的工作量，提高了工程管理水平和效率。江風(fēng)口閘計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了防洪決策和運(yùn)行管理的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，最大限度地保證了江風(fēng)口閘安全、高效運(yùn)行