北渠水工程自動監(jiān)控系統(tǒng)及在調(diào)度管理中的應(yīng)用效果

吳飛宏

（泉州市北渠管理處，福建 泉州 362000）

北渠水工程是泉州山美灌區(qū)配套的重要水利設(shè)施，流經(jīng)5個鎮(zhèn)，全長24.8km，設(shè)計最大流量為22.5m3/s。隨著泉州市經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，北渠水工程的功能已由以農(nóng)業(yè)灌溉及防洪排澇為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿鞘猩?、工業(yè)、市區(qū)衛(wèi)生用水及防洪排澇為主。目前，其承擔(dān)著供應(yīng)5個水廠用水、湄洲灣南岸城市生活及工業(yè)用水、泉州市區(qū)工業(yè)用水、市區(qū)內(nèi)溝河沖污用水、沿途5萬畝農(nóng)田灌溉用水以及清源山南麓89.6km2防洪排澇等重要任務(wù)。為了切實做好北渠水工程的管理工作，根據(jù)水資源優(yōu)化配置和防洪減災(zāi)的功能要求，并針對北渠水工程由諸多位置分散且各自獨立的水工程組成的特點，泉州市北渠管理處開發(fā)了北渠水工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

1 北渠水工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

北渠水工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。以北渠管理處監(jiān)控系統(tǒng)為核心，下設(shè)四個監(jiān)控子系統(tǒng)，分別為東海管理站子系統(tǒng)、法石管理站子系統(tǒng)、北峰管理站子系統(tǒng)及城東管理站子系統(tǒng)，構(gòu)成分層次的監(jiān)控管理體系。由北渠管理處監(jiān)控系統(tǒng)對北渠水工程進行統(tǒng)一決策和調(diào)度，并將視頻監(jiān)測信息上傳至泉州市水利局，將北渠水工程自動化監(jiān)控調(diào)度納入全市水資源綜合調(diào)度和管理系統(tǒng)。各個監(jiān)控子系統(tǒng)作為北渠水工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的終端，監(jiān)控信息（包括控制命令、控制信息、調(diào)度命令和監(jiān)視圖像）通過高速光纖網(wǎng)絡(luò)通道進行傳輸。監(jiān)控子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

北渠水工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要由計算機網(wǎng)絡(luò)、閘門監(jiān)控和視頻監(jiān)控三部分組成。計算機網(wǎng)絡(luò)部分以北渠管理處為中心，主要負(fù)責(zé)對自動化系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控和調(diào)度，建立以光纖為主通道的局域網(wǎng)，沿北渠各閘建立閘門監(jiān)控和視頻監(jiān)視的計算機工作站，全網(wǎng)計算機可實時觀察各閘站閘門狀態(tài)和監(jiān)視圖像畫面，并可進行信息的傳輸和共享。閘門監(jiān)控子系統(tǒng)是在閘站建立現(xiàn)地監(jiān)控單元，根據(jù)上位機指令對閘門進行控制操作。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)通過對現(xiàn)場的實時監(jiān)視，確保閘門控制、主要渠段和設(shè)備的安全。

2 北渠水工程自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能

北渠水工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)以北渠管理處監(jiān)控系統(tǒng)為核心，設(shè)有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、電視墻和UPS，北渠管理處下轄各站的閘門控制信息和視頻監(jiān)視圖像均匯總到這里，由北渠管理處監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一進行控制和管理。北渠管理處設(shè)有一個會商室，北渠水工程自動化監(jiān)控管理系統(tǒng)和泉州市水利局的聯(lián)網(wǎng)信息在此投影顯示，可全盤掌握泉州市防汛和供水調(diào)度的實時信息，為北渠水工程調(diào)度管理工作提供充分的決策支持。北渠水工程自動化監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能如下：

1）手動控制柜功能。手動控制柜是對應(yīng)于每個閘門的控制單元，可以手動實現(xiàn)閘門上升、停止、下降的控制，在分層分布式控制系統(tǒng)中屬于最底層。

2）現(xiàn)地監(jiān)控單元功能。現(xiàn)地控制單元是對應(yīng)于每個閘站的集中控制單元，該控制單元具備閘站所有閘門的手動上升、停止、下降按鈕及閘門的開度顯示。機柜內(nèi)包含DC24V、DC12V開關(guān)電源、PLC模塊、繼電器等電氣元件，其中PLC模塊提供閘位、水位、雨量等信號的采集，接收上位機指令然后按照存儲在模塊內(nèi)的邏輯程序?qū)﹂l門運行過程進行實時監(jiān)視和控制，并輸出控制信號?，F(xiàn)地控制單元在分層分布式控制系統(tǒng)中屬于第二層。

3）上位機功能。通過上位機界面對PLC發(fā)出閘門控制指令，可以實現(xiàn)閘門的遠程控制。上位機采集PLC的實時數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)存儲，通過上位機可查詢閘站的實時信息和歷史信息，從而更好地進行管理。上位機在分層分布式控制系統(tǒng)中屬于第三層。

4）視頻監(jiān)控功能。通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實時觀測到閘門上下游渠道情況以及閘室內(nèi)情況，保證了閘門啟閉、閘室內(nèi)設(shè)備及主要渠段運行的安全。

5）網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)及查詢功能。通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)及查詢系統(tǒng)，水利局和北渠管理處可以對下屬各閘站的運行情況和水情進行實時信息查詢和歷史信息查詢，這些信息可以為上級管理部門進行水資源調(diào)度及市區(qū)防洪排澇的決策提供數(shù)據(jù)支撐，可以實現(xiàn)全市水工程的聯(lián)合調(diào)度，并可實現(xiàn)各水工程之間的數(shù)據(jù)共享。

6）夜間監(jiān)視及實時總覽功能。設(shè)置了燈控程序和燈控控制柜，可使包括井山、后山等站點實現(xiàn)遠程燈控。對查詢系統(tǒng)進行完善，在web瀏覽頁面增設(shè)實時總覽功能，使系統(tǒng)更具實用性。

7）閘門上下限位雙重保護功能。北渠水工程自動監(jiān)控管理系統(tǒng)中，被控閘門均為螺桿啟閉機閘門，這類閘門在無人值守和遠程控制的條件下，對其可靠性影響最大的是閘門的上下限位控制。為了確保閘門控制的可靠性，經(jīng)過試驗采用了上下限位雙重保護控制技術(shù)。第一級保護采用機械觸電式限位，第二級保護采用霍爾信號進行限位，并將這兩種限位信號送至閘門的手動控制柜進行聯(lián)鎖限位保護，同時送至計算機進行系統(tǒng)軟件的閉鎖限位保護。

3 北渠水工程自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果

將自動監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于北渠水工程調(diào)度管理中，建立了水資源優(yōu)化配置、城區(qū)防洪減災(zāi)的決策調(diào)度與管理機制。

北渠水工程擔(dān)負(fù)著重要的供水任務(wù)，特別是在每年的枯水季節(jié)，水資源的優(yōu)化配置尤其重要。應(yīng)用自動監(jiān)控系統(tǒng)，通過對各功能閘門的實時控制，綜合調(diào)節(jié)金雞水位、北渠水位、洛陽江水位、內(nèi)溝河水位和實施跨流域調(diào)水，實現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置，在確保生活供水的前提下，合理分配工業(yè)用水和環(huán)保用水。

在豐水期，應(yīng)用該監(jiān)控管理系統(tǒng)對各水工程的水位進行動態(tài)監(jiān)測，并通過對實測數(shù)據(jù)的分析和對各功能閘門的有效控制，進行科學(xué)的洪水調(diào)度，實施適量泄洪，確保市區(qū)安全。同時，將城市防洪和城市沖污相結(jié)合，充分利用外江潮洪水的沖污能力，為城市的清污和環(huán)保服務(wù)。

[1]韓紅哲, 石連東, 張開爾.引灤工程爾王莊泵站輸水調(diào)度集中監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用, 2011(5): 25-38.

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