氣盾壩綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

□馬 勇（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1 概述

南明河(紅巖橋～葉家莊河段)是漁安安井片區(qū)的主要城市河道，承擔(dān)著漁安安井片區(qū)城市景觀、泄洪排澇等多種功能。身為城市河流的南明河是漁安安井片區(qū)重要的景觀水道，西岸結(jié)合水東路實(shí)施人工駁岸，布置游樂(lè)城、商業(yè)街、餐飲街、文化娛樂(lè)等功能空間；東岸設(shè)置自然式或混合式駁岸，布置溫泉度假、濱河綠地、商務(wù)酒店等功能空間，形成“水-街交融，水-綠結(jié)合”的注滿活力與生機(jī)的濱水開放休閑綠帶。

為發(fā)揮依山面水的環(huán)境優(yōu)勢(shì)，通過(guò)良好的功能組織和城市形態(tài)設(shè)計(jì)積聚人氣，同時(shí)，提升南明河(紅巖橋～葉家莊河段)管理手段，加強(qiáng)日常業(yè)務(wù)管理，對(duì)主要監(jiān)控閘門進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)視和控制，建立南明河(紅巖橋～葉家莊河段)河流管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)南明河(紅巖橋～葉家莊河段)管理的信息化、科學(xué)化，為今后南明河(紅巖橋～葉家莊河段)遠(yuǎn)期管理、漁安安井片區(qū)休閑旅游產(chǎn)業(yè)開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息技術(shù)支撐。

2 設(shè)計(jì)思路

工程集控系統(tǒng)按“無(wú)人值班，少人值守”的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的、開放的、分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

工程新建四座氣動(dòng)盾形閘門景觀壩，每一座景觀壩均分別設(shè)有現(xiàn)地控制單元。根據(jù)每座景觀壩的地理位置，考慮在2#景觀壩新建一座集中監(jiān)控室，布置主控級(jí)單元中控層于該控制室，并通過(guò)光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)1#、3#、4#景觀壩現(xiàn)地控制單元的遠(yuǎn)方監(jiān)控。

3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 閘站集控中心

3.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

閘站集控中心監(jiān)控設(shè)備主要包括1 臺(tái)100M 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、兩臺(tái)操作員工作站、1 臺(tái)A4 打印機(jī)、UPS 電源、GPS 時(shí)鐘等設(shè)備。閘站集控中心將采集到的各閘站的數(shù)據(jù)信息加以處理、儲(chǔ)存、顯示，以此來(lái)了解各閘站的運(yùn)行情況及水位等情況，并控制各閘站的運(yùn)行。閘站群監(jiān)控中心可對(duì)下屬各閘站下達(dá)控制命令和全局?jǐn)?shù)據(jù)，在中控模式時(shí)能直接操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

操作員站通過(guò)與工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)的信息采集和實(shí)時(shí)控制，包括安全監(jiān)視、控制操作等；并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括運(yùn)行報(bào)表、設(shè)備檔案、運(yùn)行參數(shù)等。同時(shí)預(yù)留與上級(jí)的網(wǎng)絡(luò)接口及軟件數(shù)據(jù)接口。在閘站集控中心設(shè)一套馬賽克模擬屏設(shè)備，模擬屏將在群閘的地圖上形象地顯示每個(gè)閘站重要數(shù)據(jù)。

3.1.2 系統(tǒng)功能

3.1.2.1 數(shù)據(jù)采集和處理

閘站集控中心可實(shí)時(shí)采集各閘站的電氣量和非電氣量，包括模擬量、開關(guān)量和脈沖量。其中開關(guān)量包括各種狀態(tài)量、故障量和事故量。閘站集控中心可采集各閘站的重要模擬量的歷史和實(shí)時(shí)信息量，進(jìn)行變化趨勢(shì)分析并形成曲線表示。

3.1.2.2 運(yùn)行監(jiān)視

閘站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有閘站的機(jī)電設(shè)備（如閘門、其附屬設(shè)備等）的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。運(yùn)行監(jiān)視分為狀態(tài)監(jiān)視、趨勢(shì)和越限監(jiān)視、過(guò)程監(jiān)視、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行及設(shè)備的故障監(jiān)視。閘站集控中心的監(jiān)視方式包括系統(tǒng)對(duì)各閘站運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)視和由閘站群監(jiān)控中心值班人員通過(guò)各種人機(jī)接口設(shè)備對(duì)運(yùn)行的監(jiān)視。

3.1.2.3 實(shí)時(shí)控制

閘站集控中心操作人員通過(guò)控制臺(tái)上的計(jì)算機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)向各閘站LCU 下達(dá)控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門和配電設(shè)備的控制?？刂瓢ㄒ韵聝?nèi)容：①對(duì)閘門的正常開啟和關(guān)閉、事故緊急停機(jī)的控制。②閘站根據(jù)水位變化的要求進(jìn)行自動(dòng)控制，滿足排灌要求。

3.1.2.4 事故處理和控制

事故處理和控制是指在非正常緊急情況下（如事故停電）按預(yù)定程序進(jìn)行事故處理的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。

3.1.2.5 人機(jī)聯(lián)系

通過(guò)顯示器、鍵盤、打印機(jī)、語(yǔ)音報(bào)警裝置、模擬屏等設(shè)備進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系，使值班工作人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行安全監(jiān)控、管理，以及進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部測(cè)試，數(shù)值設(shè)定，程序開發(fā)、修改。

3.1.2.6 通信功能

監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊，提高通信網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性和可用性。在閘站群監(jiān)控中心通信網(wǎng)絡(luò)中，所有服務(wù)器和各工作站間通信都采用TCP/IP 協(xié)議通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的100M 高速交換和存儲(chǔ)以及各種操作和控制。

閘站群監(jiān)控中心監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的光纜實(shí)現(xiàn)與閘（站）連接通信（物理上是星形連接）。實(shí)現(xiàn)閘站群監(jiān)控中心對(duì)各閘（站）的信息采集、調(diào)度、控制、管理。

3.1.2.7 系統(tǒng)診斷功能

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能提供系統(tǒng)硬件設(shè)備故障診斷和軟件故障診斷。

3.2 閘站現(xiàn)地控制層(LCU)

3.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在四級(jí)景觀壩閘站均各配置一套現(xiàn)地控制單元，現(xiàn)地控制單元相互獨(dú)立，現(xiàn)地控制單元通過(guò)以太網(wǎng)口、光纖通信介質(zhì)等完成與中控層計(jì)算機(jī)連網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，但其功能并不依賴于中控層控制。現(xiàn)地控制單元用于閘門的控制及其狀態(tài)顯示、采集?，F(xiàn)地控制單元以PLC 為基礎(chǔ)，并具有過(guò)程輸入/輸出，數(shù)據(jù)處理和外部通信功能。PLC 在脫離中控層及網(wǎng)絡(luò)后，能對(duì)所控制的閘門進(jìn)行正確、無(wú)誤的操作。PLC 具有自診斷功能，檢出的錯(cuò)誤信息能在就地LCU 屏的LCD 上顯示出來(lái)。PLC 在完成所要求的功能外，預(yù)留有20%的硬件裕量，包括過(guò)程信號(hào)輸入/輸出容量、內(nèi)存容量等。

3.2.2 控制方式

3.2.2.1 手動(dòng)

當(dāng)開關(guān)置于“手動(dòng)”時(shí)，操作人員可在現(xiàn)地手動(dòng)操作，即通過(guò)控制箱上的閘門啟、閉、停三個(gè)操作按鈕，控制閘門的開啟和關(guān)閉。此時(shí)通過(guò)觸摸屏或工作站不能控制閘門。

3.2.2.2 自動(dòng)

當(dāng)切換開關(guān)位于自動(dòng)位置，操作人員可在現(xiàn)地觸摸屏或遠(yuǎn)程通過(guò)工作站控制機(jī)組的啟停和閘門的開啟與關(guān)閉。

4 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

4.1 監(jiān)視對(duì)象

視頻監(jiān)控對(duì)象主要包括中控室、閘門、水位及周邊環(huán)境等。

4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

視頻圖像監(jiān)視系統(tǒng)由高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、傳輸線路、顯示及控制等部分組成，用于監(jiān)視每個(gè)閘站及周邊安防、閘門啟閉室內(nèi)的設(shè)備、閥室、水位以及中控室和周邊共由18 臺(tái)攝像系統(tǒng)組成。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集到的視頻圖像以數(shù)字信號(hào)、光纖以太網(wǎng)傳輸方式傳輸?shù)街锌厥疫M(jìn)行監(jiān)控并存儲(chǔ)，在中控室設(shè)置視頻工作站進(jìn)行控制和存儲(chǔ)，硬盤錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。管理人員可實(shí)現(xiàn)權(quán)限范圍內(nèi)的圖像查看調(diào)閱、攝像機(jī)控制等功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水位、閘門及周邊安全環(huán)境等主要設(shè)備場(chǎng)所的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5 大屏幕顯示系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，以系統(tǒng)的合理性、先進(jìn)性、可靠性、實(shí)用性和可擴(kuò)展性為原則，在監(jiān)控中心配置一套液晶拼接大屏幕顯示系統(tǒng)，將各系統(tǒng)得到的計(jì)算機(jī)圖像、文字和視頻信號(hào)等信息，通過(guò)大屏幕顯示系統(tǒng)進(jìn)行集中顯示，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、引水調(diào)度、輔助決策等方面將起到重要的作用。

6 信息化管理系統(tǒng)

信息化管理系統(tǒng)是運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和應(yīng)用軟件技術(shù)，以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸為基礎(chǔ)，以業(yè)務(wù)流程為主線，以安全、科學(xué)的利用數(shù)據(jù)為目的，通過(guò)數(shù)學(xué)模型、自動(dòng)監(jiān)測(cè)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段，構(gòu)建先進(jìn)的水利信息化系統(tǒng)，為南明河(紅巖橋～葉家莊河段)信息管理及其業(yè)務(wù)應(yīng)用提供技術(shù)支持，為主管部門決策拍板提供有力手段，為社會(huì)公眾參與南明河(紅巖橋～葉家莊河段)的保護(hù)、治理、改善和監(jiān)管提供便捷窗口。

7 建設(shè)原則

7.1 先進(jìn)性和實(shí)用性相結(jié)合

根據(jù)信息化的發(fā)展趨勢(shì)，立足于高起點(diǎn)，并充分考慮到將來(lái)可能的發(fā)展，要為今后系統(tǒng)的升級(jí)與擴(kuò)展留有充分的余地，同時(shí)，還要保證系統(tǒng)實(shí)用性，要充分考慮所采用技術(shù)的成熟與穩(wěn)定，結(jié)合IT 及信息化技術(shù)發(fā)展速度，適度超前即可。

7.2 開放性和標(biāo)準(zhǔn)化的原則

信息技術(shù)在飛速發(fā)展，同時(shí)業(yè)務(wù)需求也會(huì)不斷變化，因此，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)不斷完善、不斷進(jìn)步的過(guò)程，從設(shè)計(jì)和技術(shù)上保證系統(tǒng)的開放性，使系統(tǒng)能夠很容易地適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展和新的應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)描述和表示方式等內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化，這也是保證系統(tǒng)開放性的關(guān)鍵。

7.3 以需求為導(dǎo)向，為業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)

以南明河(紅巖橋～葉家莊河段)水利業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)需求為導(dǎo)向，本著全方位滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的原則開展工作，統(tǒng)籌考慮，協(xié)調(diào)發(fā)展。

8 結(jié)語(yǔ)

該工程涉及水文、工程地質(zhì)、工程建筑物、機(jī)電及金屬結(jié)構(gòu)、淹沒(méi)、征地移民、環(huán)境影響、水土保持、防汛抗旱等涵蓋建設(shè)期、運(yùn)行期方方面面的管理及信息利用，采用現(xiàn)代信息技術(shù)能夠更加快捷和有效實(shí)施各環(huán)節(jié)的信息互通，提高工程建設(shè)與運(yùn)行的管理水平，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)與運(yùn)行信息化。

[1]李霞.黔中水利樞紐一期工程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)研討[J].機(jī)電信息，2010（12）.

[2]馮倩.黃家灣水利樞紐工程綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[S].河南水利與南水北調(diào)，2014（10）.