自動化監(jiān)控系統(tǒng)在錫東新城水利工程管理中的應用

曾磊

【摘 要】 近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術在無錫的普及和發(fā)展，錫山區(qū)（錫東新城）對水利自動化信息技術提出了更高要求和課題，通過建設5處主要水利控制設施和7處河道水質(zhì)監(jiān)測點，以自動化監(jiān)控系統(tǒng)為手段，設計了自動化控制系統(tǒng)的總體構架、功能特點及應用情況，實現(xiàn)了錫東新城水利工程管理的科學化、精細化和自動化。

【關鍵詞】 自動化 ?控制 ?水利 ?應用

1 工程概況

錫東新城水利自動化監(jiān)控系統(tǒng)工程位于高鐵商務區(qū)（安鎮(zhèn)街道）范圍內(nèi)，北至錫虞路，東至走馬塘，西、南至春豐河，所轄面積45.62平方公里。目前共有5處主要水利控制設施，分別是九里河東樞紐、吼山浜閘站、九里河西鋼壩、芙蓉塘閘站及西倉浜節(jié)制閘;另外還設有7處河道水質(zhì)監(jiān)測點。目前，“重建輕管”、工作效率低、工程信息傳送慢且滯后等現(xiàn)象普遍存在。因此，在信息高速發(fā)展的今天，充分利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術，建設高標準、科學化、精細化的自動化監(jiān)控系統(tǒng)既是高鐵商務區(qū)建設發(fā)展的需要，更是保障高鐵商務區(qū)甚至無錫市運東大包圍防洪排澇、水生態(tài)和水安全的需要。

2 系統(tǒng)總體構架

監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班、少人值守”進行總體設計，本著安全可靠、技術先進、經(jīng)濟、實用的原則進行配置。自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要分為九里河東樞紐東、西閘首閘門、吼山浜閘站閘門及泵站、芙蓉塘閘站閘門及泵站、九里河西鋼壩閘門、西倉浜節(jié)制閘監(jiān)控系統(tǒng)以及視頻監(jiān)視系統(tǒng);5個水質(zhì)監(jiān)測站的視頻監(jiān)視系統(tǒng);2個水質(zhì)監(jiān)測站的儀器檢測系統(tǒng);芙蓉塘中心站自動化監(jiān)控系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)功能

自動化監(jiān)控系統(tǒng)主要分為監(jiān)控中心系統(tǒng)和現(xiàn)地控制系統(tǒng)二大組成部分。其中：監(jiān)控中心系統(tǒng)即芙蓉塘監(jiān)控中心（安鎮(zhèn)水利管理站）;現(xiàn)地控制系統(tǒng)包括九里河東樞紐（含東、西閘首）、吼山浜閘站、芙蓉塘閘站、九里河西鋼壩、西倉浜節(jié)制閘5大子系統(tǒng)。

芙蓉塘監(jiān)控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控工作站和監(jiān)控服務器組成。現(xiàn)地控制系統(tǒng)采用現(xiàn)地控制單元PLC系統(tǒng)（PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同）。

3.1 監(jiān)控中心系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

監(jiān)控中心負責監(jiān)控管理整個系統(tǒng)，具有最高的系統(tǒng)管理權限和遠程控制權限，并且負責實時監(jiān)控與綜合調(diào)度，包括數(shù)據(jù)集成及處理、安全運行監(jiān)視、實時控制與調(diào)水、水資源綜合調(diào)度等功能。

3.1.1 芙蓉塘監(jiān)控中心結構設計

芙蓉塘監(jiān)控中心（主控級）結構設計主要包括監(jiān)控工控機、服務器、視頻工控機三個設備，此三個設備通過連接交換機，一頭接到PLC控制柜，另一頭接硬盤錄像機。

3.1.2 芙蓉塘主控室實現(xiàn)方式

芙蓉塘主控室，在主控級實現(xiàn)對下屬6個閘門及泵站的相關電氣設備的監(jiān)視、控制。主要包括以下方式：（1）遠程自動控制：主控室內(nèi)主控級計算機按預先給定的控制要求和其他限制條件，系統(tǒng)自動完成對閘門和泵組的開關、?？刂?，數(shù)據(jù)實時采集、巡檢閘門和泵組的各個電氣設備數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號，實現(xiàn)水量、電量、運行時間等各類數(shù)據(jù)的入庫、統(tǒng)計、計算和輸出等。（2）操作人員控制臺控制：操作人員在主控室通過控制臺上的顯示器、鍵盤、鼠標等設備對工程電氣設備、閘門進行遠程操作，可實現(xiàn)全部過程自動執(zhí)行方式或采用分步按順序組執(zhí)行的方式。（3）中控室的視頻監(jiān)控：操作人員可在視頻監(jiān)控主機上實現(xiàn)24小時的視頻監(jiān)控，清楚的觀察水質(zhì)和周圍環(huán)境狀況。并能實現(xiàn)24小時錄像方便以后調(diào)取錄像查閱。（4）水質(zhì)監(jiān)測：通過網(wǎng)絡讀取前端水質(zhì)檢測儀的數(shù)據(jù)，實時了解水質(zhì)情況，當監(jiān)測得到水質(zhì)參數(shù)超過設定值時實現(xiàn)報警提醒。

3.2 現(xiàn)地站系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

現(xiàn)地站主要涉及需要直接監(jiān)控的水工建筑物現(xiàn)地站6處，即九里河東樞紐（含東、西閘首）、吼山浜閘站、芙蓉塘閘站、九里河西鋼壩、西倉浜節(jié)制閘。7個水質(zhì)監(jiān)測點主要通過實時視頻圖像及水質(zhì)檢測儀對水質(zhì)情況進行監(jiān)控。現(xiàn)地控制主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸、數(shù)據(jù)信號顯示、數(shù)據(jù)采集與處理及實時手動控制等功能。其中：數(shù)據(jù)采集包括水位、閘門開度、電機開關量、泵組開關量、電壓、電流、輸水量、開啟時間、水質(zhì)等。

現(xiàn)地站的功能與實現(xiàn)：（1）連續(xù)采集：可以獲得24小時連續(xù)的監(jiān)測水位、水質(zhì)數(shù)據(jù);（2）自動處理：能對收集到的數(shù)據(jù)進行處理和儲存;（3）自動傳輸：將監(jiān)測的數(shù)據(jù)自動傳送到芙蓉塘控制中心;（4）直觀顯示：可以實時顯示儀器儀表運行狀態(tài)和監(jiān)測數(shù)據(jù);（5）自動報警：當監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生較大變化時自動報警;（6）設備運轉(zhuǎn)狀態(tài)管理：系統(tǒng)設備具備自動運行、停電保護、來電自動恢復功能、反向控制功能;（7）水質(zhì)五常規(guī)檢測：PH值、水溫、濁度、溶解氧、導電率。

3.3 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸?shù)脑O計與功能實現(xiàn)

考慮到高鐵商務區(qū)目前建成的各個建筑物站點分布零散，且所在區(qū)域按規(guī)劃為商務中心、高層建筑較多的實際情況，我們對3G網(wǎng)絡、GPRS、WLAN（無線局域網(wǎng)）、無線數(shù)傳電臺、固定IP接入公網(wǎng)這幾種常用的信息通訊方式進行優(yōu)劣比較，綜合考慮各站點的地理分布情況以及業(yè)務功能，由于吼山浜閘以及吼山浜水質(zhì)監(jiān)測點位于吼山的西北側，與其他站點之間間隔吼山，不適用短波、微波等需要直線無阻擋物的無線通訊方式，并考慮系統(tǒng)建設的經(jīng)濟投入產(chǎn)出比，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡方案，以各站點采用固定IP接入公網(wǎng)的方式為主，并同時使用3G網(wǎng)絡作為備用信道。這樣選擇可以較經(jīng)濟的解決各站點與主控站之間的信息數(shù)據(jù)傳輸問題，并且數(shù)據(jù)傳輸安全可靠與穩(wěn)定。

4 系統(tǒng)應用情況

錫東新城水利自動化監(jiān)控系統(tǒng)自建成應用至今，運行可靠;同時，注入了物聯(lián)網(wǎng)等高科技手段，滿足水利工程現(xiàn)代化運行管理的需要，極大地提高了工程管理信息化水平，也為其他地區(qū)的水利工程自動化管理起到示范帶頭作用。通過應用實踐，筆者認為系統(tǒng)需要在網(wǎng)絡安全方面進行完善，隨著網(wǎng)絡安全面臨的威脅越來越嚴重，工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行至關重要，系統(tǒng)現(xiàn)在只配備了單機防病毒軟件，亟需配置網(wǎng)絡防火墻應對網(wǎng)絡威脅，保證自動化系統(tǒng)安全可靠運行，充分發(fā)揮錫東新城水利自動化監(jiān)控系統(tǒng)的綜合效益。