閘門自動化遠程控制在鄢陵縣引黃調(diào)蓄工程中的應(yīng)用

□王躍升（河南省鄢陵縣水利局）

1 概況

鄢陵縣引黃調(diào)蓄工程位于縣城西北部，緊鄰汶河，在引黃補源干渠和汶河交匯處以下約6 km處。工程總庫容450萬m3，調(diào)蓄庫容419萬m3。黃河水通過趙口總干渠引入汶河，整個引水線路總長113 km。在汶河黨崗段附近設(shè)置攔河閘，攔河閘上游設(shè)置一個引水閘，從汶河引水，經(jīng)花園路西側(cè)引水渠途經(jīng)張坊村至西調(diào)蓄池。工程建設(shè)主要由引水工程、調(diào)蓄池、退水工程三部分組成。引水工程：包括汶河黨崗節(jié)制閘、引水閘和引水渠（長1.70 km）。調(diào)蓄池工程：包括東調(diào)蓄池，西調(diào)蓄池。東西調(diào)蓄池相通。退水工程：主要在東調(diào)蓄池設(shè)退水閘退水，經(jīng)退水渠（總長3.40 km）退水流入汶河下游，在退水渠與汶河交匯處設(shè)置一個防洪閘。由于各閘門之間所處的位置比較分散且相距較遠，因此實現(xiàn)遠程自動化控制很有必要，特別是在雨季或防汛期間更是不可缺少。

2 自動化控制系統(tǒng)的配置和構(gòu)成

2.1 現(xiàn)地控制

攔河閘共有5個閘門，每個閘門配備1個卷揚式啟閉機，引水閘、退水閘、防洪閘各有1個閘門，各配備1個螺旋式啟閉機，每1個啟閉機配備1個PLC現(xiàn)地控制柜。

PLC現(xiàn)地控制柜連接開度傳感器和荷重傳感器，并配備開度/荷重顯示儀，以數(shù)字的形式顯示開度/荷重的實時值?？刂品绞讲捎贸Ｒ?guī)手動電路控制和PLC自動控制方式，在系統(tǒng)的安全方面設(shè)置越限或超載報警裝置。

技術(shù)指標(biāo)有測量范圍：開度0～50 m,荷重0～20 T（根據(jù)用戶需要確定）。分辨率：開度為1 cm,荷重為0.10 T。輸出接點、信號：上限、下限、充水(三個預(yù)置點的設(shè)定值可在全量程內(nèi)任意設(shè)定)。

2.2 遠程控制

遠程控制就是在控制現(xiàn)場與控制中心之間建立信息通道，進行信息交換、傳遞。本工程中攔河閘、引水閘與控制中心相距1.70 km，退水閘與控制中心相距2.60 km，防洪閘與控制中心相距6 km，通信媒質(zhì)選用適合長距離通信的光纖，通過光端機進行電→光→電的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)控制中心與控制節(jié)點之間遠距離雙向通信。

每1個閘門各自成為1個獨立的控制單元，在上位機的控制界面上每1個閘門對應(yīng)1個上升按鈕和1個下降按鈕，分別發(fā)送上升開、上升停、下降開、下降停等控制信號，同時每1個閘門的狀態(tài)信號（如開度、荷重值）上傳到控制中心，在上位機的控制界面上顯示。

2.3 輔助監(jiān)視裝置

在每1個閘門處安裝1個攝像頭,并將圖像通過光纜傳送到監(jiān)控中心,通過實時圖像及時觀察閘門的動作情況，使操作者如臨現(xiàn)場，確保系統(tǒng)工作的安全性。

3 自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

3.1 現(xiàn)場手動操作

操作員能夠通過閘門控制柜上相應(yīng)按鈕或開關(guān)，直接通過閘門控制柜控制閘門啟閉機運行，并通過人工觀測或通過現(xiàn)場控制單元采集并顯示的開度信息，控制閘門到達所需位置。

3.2 現(xiàn)場自動控制操作

首先將控制柜上的手動/自動旋鈕旋到自動的位置，然后設(shè)置閘門開度到達位置的預(yù)定數(shù)值，當(dāng)閘門上升或下降到預(yù)定位置時閘門自動停止。

3.3 報警和緊急處理

在閘門運行過程中通過現(xiàn)場控制單元實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，立即報警并能夠及時處理，終止當(dāng)前運行。包括下列幾種情境：

一是當(dāng)開度值≥上限設(shè)置值時，上限繼電器動作。

二是當(dāng)開度值≤下限設(shè)置值時，下限繼電器動作。

三是當(dāng)荷重≥對應(yīng)的110%設(shè)置值時，110%繼電器動作（報警）。

四是當(dāng)荷重90%值＞對應(yīng)的90%設(shè)置值＜110%設(shè)置值時，90%繼電器動作（預(yù)警）。

五是當(dāng)荷重≤對應(yīng)的欠載設(shè)置值時，欠載繼電器動作。

3.4 遠程監(jiān)控

在軟件的支持下，通過在控制中心計算機屏幕上點擊模擬按鈕（上升/下降）向遠處的閘門控制裝置發(fā)送開啟或關(guān)閉指令，并且實時將遠方被控閘門的運行狀態(tài)（開度值）反饋到控制中心，并以圖形、表格、文字形式實時地、動態(tài)地在屏幕上顯示各閘門的運行狀態(tài)。如圖1所示。

圖1 遠程監(jiān)控圖

操作時，首先在電腦屏幕上觀察開度當(dāng)前值，來確定閘門上升或下降的高度，然后用鼠標(biāo)在電腦屏幕上按住三角形滑塊，在標(biāo)尺上上下拖動，來設(shè)定閘門上升或下降到的位置值，最后用鼠標(biāo)點擊屏幕上的上升或下降按鈕，閘門就會按照指令動作，同時閘門開度的當(dāng)前值顯示在屏幕上，當(dāng)上升或下降到設(shè)定值時，在軟件的驅(qū)動下停止上升或下降的動作，一次操作即完成。例如：當(dāng)前閘門開度為1 m，如果想讓閘門開度為2 m，則拖動滑塊使開度設(shè)定值為2 m，此時點擊上升按鈕（點擊下降按鈕無效），閘門就會自動上升到2 m處自動停止；如果需要進行第二次操作，需要重新設(shè)定閘門的開度值，然后按上述步驟重復(fù)進行。

3.5 檔案查詢

系統(tǒng)將自動記錄當(dāng)前閘門的所有狀態(tài)及發(fā)生時間,并自動建立各種檔案，日后查詢時能夠自動生成報表或各種曲線，快捷、方便、直觀地顯示出各種數(shù)據(jù)的實時值和變化規(guī)律，為人們提供科學(xué)研究、科學(xué)管理的依據(jù)。具體包括：

3.5.1 狀態(tài)查詢

狀態(tài)查詢主要用于查詢各個時期的狀態(tài)變化，如：各個閘門的荷重、開度、流量、工作電壓、電流、閘前閘后水位狀態(tài)以及閘門狀態(tài)發(fā)生變化的時間等。

3.5.2 操作查詢

操作查詢模塊主要對閘門的具體操作情況，如：上升、下降、暫停及具體操作人、操作時間等的查詢。

3.5.3 故障查詢

系統(tǒng)按時間順序自動記錄運行期間的各種故障。如過載、超限等。

3.6 系統(tǒng)的安全防范

為了防止非工作人員操作本系統(tǒng)，采用的方法是增加操作步驟，即增加操作難度，相當(dāng)于設(shè)定了一個密碼。具體方法是：現(xiàn)場控制：第一，在控制柜面板上安裝兩個旋鈕，一個為手動/自動,一個為本地/遠程,通常情況下，本地/遠程旋鈕放在“遠程”檔位（空檔位），并且這兩個旋鈕不做標(biāo)識，只有工作人員知道，使非工作人員操作難度增大；第二，電動機電源增加了一個按鈕控制，只有電動機電源按鈕處于接通狀態(tài)下，其他操作才有效，否則無效。遠程控制：第一，在電腦屏幕上的按鈕，只有輸入密碼，登錄后才有效，否則均不能進行任何操作；第二，在電腦屏幕上對應(yīng)于每一個閘門增加一個按鈕，這個按鈕一般放在屏幕邊緣，且不做任何標(biāo)識，開機默認(rèn)為斷路狀態(tài)，只有這個按鈕處于接通狀態(tài)，其他按鈕的操作才有效，這樣形成第二道防線，可以有效地防止誤操作或非法操作。

4 運行檢驗

鄢陵縣引黃調(diào)蓄工程中閘門自動化遠程控制系統(tǒng)自2014年3月運行以來，不斷征求各方面的意見，協(xié)同施工單位經(jīng)反復(fù)調(diào)試、優(yōu)化，使系統(tǒng)性能更加優(yōu)良、功能更加完善,并經(jīng)連續(xù)不間斷地運行，使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，得到了有關(guān)專業(yè)人士的認(rèn)可，經(jīng)河南省電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗合格。

閘門自動化遠程控制技術(shù)在鄢陵縣引黃調(diào)蓄工程中的成功應(yīng)用，為鄢陵縣水利信息化建設(shè)積累了經(jīng)驗，將這些技術(shù)為今后應(yīng)用到節(jié)水灌溉、飲水安全、水資源管理等方面積極創(chuàng)造條件，，使鄢陵縣水利信息化建設(shè)上升到新的高度。