遼寧大伙房渾河閘數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)研究應用

孫德升 劉仔旭

（1.遼寧省大伙房水庫管理局 遼寧 撫順 113007；2.遼寧省水利水電科學研究院 遼寧 沈陽 110003）

水閘工程是我國重要的水利基礎設施之一。新中國成立五十多年來，修建了約5萬余座水閘，其中大型水閘486座，中型水閘3270座、小型水閘約4.7萬座。遼寧省五十年來共修建水閘約2000多座，其中大型水閘60余座，中型水閘160余座，小型水閘約2200余座。這些水閘在防洪、灌溉、排澇、航運和供水等方面發(fā)揮了巨大的經濟效益和社會效益。長期以來，水閘工程的管理基礎較為薄弱，主要體現(xiàn)在：管理手段落后、管理機制不健全，各級水行政主管部門不能有效掌握所轄范圍內的水閘運行管理情況和存在的主要問題，從而難以實施有效管理和科學決策。另外由于缺乏成熟有效的運行及安全監(jiān)測手段，不能及時發(fā)現(xiàn)安全問題及隱患，導致水閘老化失修嚴重。目前，國家正在組織力量開展全國水閘安全普查工作，陜西省安全普查工作已經完成。全國范圍內的水閘除險加固和更新改造工作即將全面展開。但是應該看到，僅靠工程除險加固無法根本解決我國量大面廣的眾多水閘安全隱患。造成目前水閘安全整體薄弱的根本原因，還是安全監(jiān)測與管理手段的落后。經調查和檢索發(fā)現(xiàn)，目前我國水閘的安全監(jiān)測設計工程實例和研究成果較少，而且尚無水閘的安全評價體系的統(tǒng)一標準與規(guī)范。因此有必要深入開展水閘安全監(jiān)測分析評價相關技術研究，為提高水閘工程安全管理水平提供技術保障。

1 工程概況

渾河閘（亦稱謨家堡閘）位于渾河中下游，距大伙房水庫75km，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村。渾河閘是沈陽城市防洪的出口控制斷面，擔負著沈陽城市的防洪任務，是渾河沈陽城市防洪體系的一個重要組成部分。主要水工建筑物有渾沙進水閘、渾蒲進水閘和攔河閘等。渾沙進水閘和渾蒲進水閘各3孔，配套固定卷揚啟閉機，檢修閘門共1孔，為雙鉤電動葫蘆。渾河閘上級主管部門為遼寧省大伙房水庫管理局，為提高渾河閘自動化水平和綜合管理能力，為實現(xiàn)大伙房水庫與渾河閘之間優(yōu)化調度管理提供理論依據(jù)和決策手段，需建設一套安全、穩(wěn)定、可靠的自動化系統(tǒng)。另外，因渾河閘地處市郊，經常發(fā)生設施被盜現(xiàn)象，所以安裝一套紅外線報警系統(tǒng)，有助于安全防護。

數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)下設7個子系統(tǒng)，包括閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、水文自動測報子系統(tǒng)、水工建筑物安全監(jiān)測子系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)和紅外線報警系統(tǒng)，建設管理處局域網，并與internet外網相連。

2 技術特點

數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術研究與應用技術成果是在實際應用的基礎上完成的。成果擁有大量的基礎研究工作作為支撐，具有實用、創(chuàng)新的特點。

本成果結合水閘特點，構建了集水閘自動控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測分析評價系統(tǒng)、閘體外部變形遠程測控系統(tǒng)為一體的數(shù)字化管理平臺。

本成果獲得2013年遼寧省撫順市科技進步一等獎。

3 系統(tǒng)功能結構

渾河閘數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)充分運用采集到的信息，對水閘監(jiān)控工作進行全面的自動化、信息化的支持。結合水閘自動化安全監(jiān)控的特點，充分運用各種工程施工技術，建立了一套具有先進性、可靠性、通用性和可擴充性的數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)。下面針對幾個主要組成部分進行介紹。

3.1 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

閘門控制方式設置兩種，一種為現(xiàn)地常規(guī)控制，另一種為微機監(jiān)控，擋水閘設置動力控制箱，閘門控制采用一對一控制，控制設備安裝在現(xiàn)地控制箱內。在動力控制箱上設置轉換開關，可進行現(xiàn)地和遠程PLC控制的轉換。另外，在現(xiàn)地還設置閘門高度及閘門荷重指示器，現(xiàn)地PLC通過串行通訊接口將閘門開度、閘門荷重、啟閉機故障信號、啟閉機及閘門運行狀態(tài)等信息傳輸?shù)街锌厥疑衔粰C，上位機發(fā)出的閘門操作指令也可通過串行通訊接口傳輸?shù)浆F(xiàn)場PLC控制單元，從而實現(xiàn)閘門的集中監(jiān)控管理功能。集中控制部分設置一套IPC與泄洪閘卷揚啟閉機現(xiàn)地網絡聯(lián)結，進行數(shù)據(jù)收集與傳輸，集中監(jiān)控系統(tǒng)網絡采用高可靠配置。集中控制室內設置操作員站，擔負閘門群的監(jiān)控任務。操作員站可以正常工作擔負閘門群的監(jiān)控任務，同時也可擔負監(jiān)視、學習培訓、軟件開發(fā)及文本文件管理等任務；另設一臺服務器可實現(xiàn)通訊、打印功能。泄洪閘集中控制系統(tǒng)在其服務器設有串行通訊卡，用于與管理處原有的上位系統(tǒng)聯(lián)網通訊。

閘門自動化系統(tǒng)在現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)的基礎上增加了下位機（PLC）和（上位機）計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)，以確保閘門安全運行的可靠性及自動化監(jiān)控的水平。遠端計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)是在現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)的基礎上建立的，它與遠端手動系統(tǒng)平行對接。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結構示意圖

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)共設置10個視頻點，監(jiān)控中心設在渾河閘辦公樓內，前端設備以監(jiān)視渾河閘上下游全貌以及啟閉機室安全防護為布設原則，樞紐建筑物有22孔攔河閘、3孔渾沙進水閘門和3孔渾蒲進水閘門。所有信號傳輸都采用前端編碼傳輸方式，系統(tǒng)通過前端攝像設備捕獲現(xiàn)場畫面，通過視頻電纜將各視頻模擬信號送入硬盤錄像機上，硬盤錄像機設置在右岸橋頭堡值班室內，在值班室通過硬盤錄像機對前方攝像單元進行全方位控制，控制鏡頭的變焦、聚焦和光圈，控制電動云臺的上、下、左、右運動。視頻信號通過光纜傳送至渾河閘管理處內，通過視頻服務器在大屏幕上進行觀看。

3.3 水文自動測報系統(tǒng)

本系統(tǒng)建設覆蓋了在大伙房～渾河閘區(qū)間建設的無人值守遙測水文站6個，系統(tǒng)自動實時采集水文數(shù)據(jù)，并通過GPRS移動通信信道將水情信息雙發(fā)至大伙房水庫管理局及渾河閘管理處，中心站主機對原始資料進行采集處理、檢索和糾錯。根據(jù)系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)，做出洪水預報，并顯示打印和繪制各類水文圖表。同時還具有水文要素超限和事故報警、鍵盤輸入資料以及向外傳送水情信息的功能，并根據(jù)各站狀態(tài)信號判斷各站工作情況。

3.4 閘壩安全監(jiān)測系統(tǒng)

渾河閘安全監(jiān)測系統(tǒng)充分運用采集信息，結合自動化安全監(jiān)測的特點，系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、測點管理、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報表和值班日記等子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)功能結構圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結構圖

3.5 通訊系統(tǒng)

系統(tǒng)通訊方式為租用公網通訊方式，帶寬為2M。通訊系統(tǒng)應能實現(xiàn)渾河閘管理處與遼寧水利信息網之間的信息交換和信息傳輸，通訊接口為渾河閘管理處與遼寧省水利廳，系統(tǒng)內的所有監(jiān)控數(shù)據(jù)、圖像的信息傳輸應可靠暢通。

3.6 大屏幕系統(tǒng)

大屏幕系統(tǒng)主要用來顯示各應用系統(tǒng)的視頻、計算機信號等。需要顯示的視頻信號包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)信號，需要顯示的計算機信號包括閘門監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情自動測報系統(tǒng)以及其它各類計算機信號2～4路，為防洪防汛、信息決策提供平臺。

3.7 紅外報警系統(tǒng)

系統(tǒng)防護區(qū)域為28孔閘門的啟閉機室以及左右岸橋頭堡。在經常有人出入的通道口(位置由需方指定)安裝15個無線紅外報警探頭，報警主機安裝在右岸橋頭堡值班室，報警信號可同時傳至渾河閘管理處辦公樓內。

4 結語

數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)是一項系統(tǒng)工程，系統(tǒng)的成功在于各子系統(tǒng)的有效結合，系統(tǒng)的研究充分利用了水利技術、自動化技術、信息技術及統(tǒng)計學等各方面知識。通過對各種技術的研究與應用可以確定，系統(tǒng)的設計方案是科學合理的，系統(tǒng)開發(fā)是成功的。新系統(tǒng)的運行將對遼寧大伙房渾河閘的水閘監(jiān)控工作提供直觀、穩(wěn)定、高效的支持。陜西水利

[1]劉恒.2011.城西水庫大壩安全監(jiān)測分析評價系統(tǒng)技術研究 [J].水利科技與經濟，2011（5）：88-90.

[2]顧慰慈.2000.滲流計算原理及應用[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，6-34.

[3]慶強彬,黃榮峰.2007.大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在城西水庫的應用[J].安徽水利水電職業(yè)技術學院學報，7（4）:58-59