常莊水庫(kù)閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

□聶玉帥(鄭州市常莊水庫(kù)管理處)

一、概況

常莊水庫(kù)位于淮河流域沙潁河水系賈魯河支流賈峪河下游，總庫(kù)容1740萬(wàn)m3，控制流域面積82km2，是全國(guó)防洪的重點(diǎn)中型水庫(kù)，也是鄭州市按大型管理的水庫(kù)之一。其水庫(kù)下游有G310、連霍高速、隴海鐵路、鄭西高鐵等國(guó)道干線，以及鄭州西開(kāi)發(fā)區(qū)、電廠等重要廠礦設(shè)施，人口密度比較大，在防汛上具有舉足輕重的作用。

近幾年來(lái)，常莊水庫(kù)工程面貌日新月異，已經(jīng)達(dá)到了河南省大型水庫(kù)Ⅰ級(jí)工程管理水平。尤其是常莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固Ⅱ期工程圓滿完工后，水庫(kù)除原有的輸水洞上、下閘門(mén)外，又在溢洪道上增建了5孔閘門(mén)，這樣水庫(kù)庫(kù)容增加了近260萬(wàn)m3。為了提升常莊水庫(kù)汛期防洪調(diào)度安全的可靠性、精確性和靈活性，特增設(shè)常莊水庫(kù)閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)約水源、確保水利工程正常運(yùn)行、提高水資源的利用效率具有十分重要的意義。

二、系統(tǒng)原理及特點(diǎn)

常莊水庫(kù)閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)PLC控制閘門(mén)啟閉設(shè)備，閘門(mén)開(kāi)度儀實(shí)時(shí)了解閘門(mén)的開(kāi)度，閘門(mén)荷重儀實(shí)時(shí)確定閘門(mén)的載荷，并通過(guò)監(jiān)控圖像直觀確認(rèn)閘門(mén)的運(yùn)行工況。由操作人員在主控室（監(jiān)控室）下達(dá)指令，提高自動(dòng)化控制程度，減少人工誤差，從而達(dá)到準(zhǔn)確控制閘門(mén)啟閉的目的。

該系統(tǒng)首先具有高可靠性，由于閘門(mén)是水利工程中的關(guān)鍵部件，在防汛中具有至關(guān)重要作用，如果閘門(mén)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，后果不可想象。因此，選用可靠性高的安防產(chǎn)品，通過(guò)有效的連接，確保系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障工作，單個(gè)設(shè)備突發(fā)故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，且系統(tǒng)自身應(yīng)具有良好的防范功能、抗干擾和應(yīng)急備份功能；其次，該系統(tǒng)具有先進(jìn)性和成熟性，運(yùn)用成熟的自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，選用先進(jìn)、實(shí)用、成熟和功能完善的產(chǎn)品，確保系統(tǒng)各項(xiàng)功能齊全，并能不斷改進(jìn)升級(jí)；最后是高保障性和維護(hù)性，系統(tǒng)硬、軟件和服務(wù)上具備了在突發(fā)故障上的應(yīng)急保障措施，日常維護(hù)簡(jiǎn)單易學(xué)，使用方便快捷。

三、系統(tǒng)構(gòu)成及功能

常莊水庫(kù)閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)主要分為主控室（監(jiān)控室）和閘門(mén)監(jiān)控裝置兩部分，主控室主要由前置機(jī)、控制柜、組態(tài)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、傳感器及應(yīng)用軟件組成，閘門(mén)監(jiān)控裝置主要由攝像頭、閘門(mén)監(jiān)控PLC以及通信傳輸通道組成。系統(tǒng)主要有以下功能：

（一）數(shù)據(jù)采集與處理

主控室自動(dòng)從各現(xiàn)地控制單元采集各種實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，掌握各設(shè)備動(dòng)作情況，并收集報(bào)警信息。

（二）安全運(yùn)行監(jiān)控

1.運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及參數(shù)在線修改：操作人員通過(guò)顯示器對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各主設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控控制及在線修改參數(shù)。對(duì)職責(zé)不同的各級(jí)操作人員，其操作權(quán)限的內(nèi)容也各不相同。

2.狀變監(jiān)控：發(fā)生自動(dòng)狀變和受控狀變時(shí)，均在顯示器上顯示。

3.越限監(jiān)控：檢查設(shè)備異常狀態(tài)并發(fā)出報(bào)警，異常狀態(tài)信號(hào)要在顯示器上顯示并記錄。

4.過(guò)程監(jiān)控：當(dāng)閘門(mén)上升或下降指令下達(dá)后，監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)顯示相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控畫(huà)面，畫(huà)面能以流程框的形式實(shí)時(shí)顯示全部工況執(zhí)行過(guò)程中的每一步驟及執(zhí)行情況，并提示在工況執(zhí)行過(guò)程受阻時(shí)的部位及其原因，進(jìn)行開(kāi)環(huán)運(yùn)行指導(dǎo)甚至閉環(huán)自動(dòng)控制操作。

5.趨勢(shì)分析：對(duì)某些運(yùn)行參數(shù)的變化進(jìn)行趨勢(shì)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，超限報(bào)警，自動(dòng)顯示和記錄打印。

6.異常監(jiān)控：監(jiān)控系統(tǒng)的硬軟件發(fā)生事故，則立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，指出故障部位，并在顯示器及打印機(jī)上顯示記錄。

（三）實(shí)時(shí)控制與調(diào)節(jié)

監(jiān)控系統(tǒng)按照閘門(mén)當(dāng)前運(yùn)行控制方式和預(yù)定的決策參數(shù)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，滿足各閘門(mén)的實(shí)時(shí)控制要求。同時(shí)，操作人員對(duì)主控計(jì)算機(jī)和現(xiàn)地控制單元進(jìn)行手動(dòng)操作。

1.對(duì)單孔或成組閘門(mén)操作：操作人員通過(guò)主控計(jì)算機(jī)或現(xiàn)地控制單元進(jìn)行操作，完成對(duì)閘門(mén)的控制與調(diào)節(jié)，并保持在成組操作過(guò)程中，成組各閘門(mén)之間的協(xié)調(diào)性。

2.控制和開(kāi)度調(diào)節(jié)：系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的原則及操作人員實(shí)時(shí)輸入指令，進(jìn)行閘門(mén)的正常升降、停機(jī)、自動(dòng)復(fù)位等操作，發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)停止閘門(mén)運(yùn)行。

3.報(bào)警復(fù)位：當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故后，在顯示器上自動(dòng)推出事故畫(huà)面發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)操作人員已了解事故情況后，可對(duì)報(bào)警信號(hào)手動(dòng)復(fù)歸。

4.設(shè)備安全標(biāo)記：由操作人員手動(dòng)或應(yīng)用程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)禁止，從而達(dá)到對(duì)被選中設(shè)備的控制。

（四）記錄報(bào)告功能

對(duì)所有監(jiān)控對(duì)象的操作、報(bào)警事件及實(shí)時(shí)參數(shù)報(bào)表等應(yīng)記錄下來(lái)，并能以中文格式顯示打印，主要內(nèi)容有：

1.操作事件記錄：將所有操作自動(dòng)按其操作順序記錄下來(lái)，包括操作對(duì)象，操作指令，操作開(kāi)始、結(jié)束時(shí)間，執(zhí)行過(guò)程、結(jié)果及操作人員的姓名等。

2.報(bào)警事件記錄：自動(dòng)將各種報(bào)警事件按時(shí)間順序記錄其發(fā)生的時(shí)間、內(nèi)容和項(xiàng)目等，并生成報(bào)警事件匯總表。

3.定值變更記錄：自動(dòng)將所有的定值變更情況作記錄，包括變更對(duì)象、變更數(shù)值、操作人員的姓名、密碼等。

4.趨勢(shì)記錄：記錄重要監(jiān)控量的運(yùn)行變化趨勢(shì)。

（五）正常操作指導(dǎo)與事故處理操作指導(dǎo)

1.正常操作：根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)判斷設(shè)備是否允許操作并給出相應(yīng)標(biāo)志，如果操作不允許，則提示其閉鎖的原因并盡可能提出相應(yīng)的處理辦法。

2.事故處理：在出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生事故時(shí)，由監(jiān)控系統(tǒng)提出事故處理和恢復(fù)運(yùn)行的指導(dǎo)性意見(jiàn)，并自動(dòng)記錄事故相關(guān)量。

（六）系統(tǒng)診斷

1.硬件診斷：對(duì)工作站計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、通訊接口、通道等運(yùn)行情況進(jìn)行在線和離線診斷，故障點(diǎn)應(yīng)能診斷到模塊上。當(dāng)診斷出外圍設(shè)備故障時(shí)，能自動(dòng)將其切除并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.軟件診斷：軟件運(yùn)行時(shí)，若遇故障應(yīng)能自動(dòng)給出故障性質(zhì)及部位，并提供相應(yīng)的軟件診斷工具。

在系統(tǒng)進(jìn)行在線診斷時(shí)，絕不能影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控功能。

四、結(jié)語(yǔ)

常莊水庫(kù)閘門(mén)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了水利工程的科學(xué)化管理，避免了以往僅憑經(jīng)驗(yàn)控制水庫(kù)蓄泄難題，為常莊水庫(kù)下游防汛和鄭州城市應(yīng)急供水提供了科學(xué)依據(jù)，做到了大汛不出險(xiǎn)，無(wú)汛多蓄水，最大發(fā)揮了水庫(kù)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，從而確保常莊水庫(kù)水利工程安全。