淠史杭灌區(qū)羅管節(jié)制閘信息化建設實踐

黃 娟

淠史杭灌區(qū)羅管節(jié)制閘信息化建設實踐

黃 娟

一、工程概況

淠史杭灌區(qū)是新中國成立后興建的全國最大灌區(qū)之一，是淠河、史河、杭埠河3個毗鄰灌區(qū)的總稱，位于安徽省中西部和河南省中南部，大別山余脈的丘陵地帶，橫跨長江、淮河兩大流域，總面積14107 m2。灌區(qū)水源來自梅山、佛子嶺、磨子潭、響洪甸和龍河口五大水庫，總庫容達66億m3。擔負著安徽、河南兩省20個市縣（區(qū)）的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和居民生活供水重任，灌區(qū)的有效灌溉面積達1000萬畝。

羅管節(jié)制閘是淠史杭灌區(qū)設計流量最大的節(jié)制閘，位于六安市金安區(qū)三十鋪境內(nèi)，是淠河總干渠的咽喉要道，其主要職能是通過調節(jié)閘上、下水位和流量，來滿足上游淠東、杭淠、瓦西等三條干渠和下游瓦東、滁河、潛南等干渠的引水要求，協(xié)調六安、合肥兩市的供水任務。閘下控制灌溉面積409.50萬畝，設計流量172.1m3/s。

二、羅管節(jié)制閘信息化系統(tǒng)

羅管節(jié)制閘的信息化系統(tǒng)是指從淠史杭總局到羅管閘管理所組成的水閘監(jiān)視系統(tǒng)，遠程監(jiān)視啟閉機和中控室以及上、下游水位等，系統(tǒng)能把遠端的圖像信息通過網(wǎng)絡及時傳輸?shù)戒氖泛伎偩直O(jiān)控調度中心。同時在羅管閘建設一個可進行中央數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制的閘門自動控制系統(tǒng)，即建設成集數(shù)字化、分布式數(shù)據(jù)采集，分層數(shù)據(jù)傳輸，多種顯示方式等功能于一身的SCADA系統(tǒng)。從而使該信息化系統(tǒng)具有統(tǒng)計查詢、優(yōu)化調度的功能。

羅管閘信息自動化控制系統(tǒng)采用先進的開放、分層分布式結構。主要由閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)、滲壓監(jiān)測系統(tǒng)和局域網(wǎng)系統(tǒng)四部分組成。采用開放、分層分布式結構的主要優(yōu)點是各子系統(tǒng)即相互獨立，又共用一個網(wǎng)絡平臺，形成一個有機的整體，有力地保障了整個系統(tǒng)的安全運行。

1.閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)

羅管節(jié)制閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式全分布系統(tǒng)結構，分設現(xiàn)地測控層、監(jiān)控操作層和管理網(wǎng)絡層，分別對應為啟閉機房（I級）、水閘控制中心（II級）、淠史杭總局管理調度中心（III級）。三層分級控制，按照設定權限級別，現(xiàn)地測控層最高，監(jiān)控操作層次之，管理網(wǎng)絡層最低。

閘門控制中心設在橋頭堡中央控制室，控制中心設備包括2臺主機兼操作員工作站，1臺激光A3打印機，1套UPS電源，1套硬件防火墻，1套操作臺及網(wǎng)絡設備等。

操作員工作站主要完成閘門的運行自動化及其管理，包括歷史數(shù)據(jù)存檔、歸類、檢索和管理，運行報表生成與打??；人機接口功能，即完成設備運行的實時監(jiān)視與控制，來自現(xiàn)地控制單元的實時信息直接在顯示器上顯示刷新。

閘門現(xiàn)地控制單元（LCU柜）共3套，其中1#LCU用以監(jiān)控1～2#閘門，2#LCU用以監(jiān)控3～4#閘門，3#LCU用以監(jiān)控5#閘門、上下游水位、配電設備以及柴油發(fā)電機組等。在現(xiàn)地控制單元屏上每個閘門都配有閘門開度顯示儀、荷重顯示儀以及常規(guī)控制按鈕，使運行人員能獨立于PLC直接對閘門進行操作。

2.工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)

羅管節(jié)制閘設置工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)分為現(xiàn)場攝像和集中顯示控制兩大部分。

現(xiàn)場攝像：在羅管上下游河道合適的位置分別設置1臺130萬高清網(wǎng)絡變速云臺攝像機，對閘門附近的水域和交通橋進行監(jiān)視；在啟閉機房內(nèi)的合適位置安裝1臺130萬高清網(wǎng)絡高速球型攝像機，用于監(jiān)視各孔閘門啟閉機的工作情況；在5扇閘門附近各設1臺130萬高清網(wǎng)絡槍型攝像機，用于監(jiān)視各孔閘門工作情況；在控制室、配電室、柴油發(fā)電機房內(nèi)的合適位置安裝1臺130萬高清網(wǎng)絡槍型攝像機，用于監(jiān)視控制中心、高低壓配電設備和柴油發(fā)電機組運行情況。

集中顯示控制：前端攝像機數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶蠖?，通過網(wǎng)絡存儲NVR進行存儲、管理和顯示，NVR配5塊2T專業(yè)監(jiān)控硬盤，滿足前端圖像30天循環(huán)錄像。支持1080P高清預覽，HDMI視頻輸出分辨率最高達1920×1080，VGA視頻輸出分辨率最高達1920× 1080，支持VGA、HDMI同步輸出，可以通過鼠標實現(xiàn)三維智能定位，具有錄像回放的智能搜索和錄像的定向存儲等功能。

閘門電視監(jiān)視系統(tǒng)與計算機閘門監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)配合，對整個羅管閘的啟閉機、閘門、變配電設備、上下游水域以及公路橋進行全方位的監(jiān)視。

3.滲壓監(jiān)測系統(tǒng)

閘門底板的揚壓力通過測壓管觀測，為使觀測結果能反映整個閘室基底的滲流，在中墩底板下布置一個觀測斷面，分別在底板的上下游端部和中部。每根測壓管集中引至中控室內(nèi)，以便于觀測。

4.局域網(wǎng)系統(tǒng)

局域網(wǎng)系統(tǒng)為分層分布開放式結構，采用快速以太網(wǎng)拓撲結構，現(xiàn)地級與主控級采用超五類屏蔽網(wǎng)絡線纜實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，網(wǎng)絡交換機為工業(yè)以太網(wǎng)交換機。系統(tǒng)主控級的操作員工作站與現(xiàn)地單元級之間采用以太網(wǎng)連接?？墒剐畔⒖煽總鬏?、分布存儲與檢索。能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的辦公自動化、管理智能化、調控遠程化、決策科學化。

三、信息系統(tǒng)的控制運行方式

系統(tǒng)采用開放式全分布結構，分設現(xiàn)地測控層、監(jiān)控操作層和管理網(wǎng)絡層，分別對應為啟閉機房（I級）、水閘控制中心（II級）、淠史杭總局管理調度中心（III級）。三層分級控制，按照設定權限級別，現(xiàn)地測控層最高，監(jiān)控操作層次之，管理網(wǎng)絡層最低（見圖1）。

圖1 淠史杭灌區(qū)淠河總干渠羅管節(jié)制閘信息化系統(tǒng)控制結構

現(xiàn)地測控層在啟閉機房，通過在現(xiàn)地控制柜的觸摸屏軟件實現(xiàn)閘門的運行；監(jiān)控操作層位于羅管閘控制中心，通過上位計算機的監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)閘門的運行；管理網(wǎng)絡層位于通過網(wǎng)絡互聯(lián)的淠史杭總局調度中心，以及內(nèi)部局域網(wǎng)絡以及與之互聯(lián)的上級主管單位的計算機上，通過監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件，經(jīng)過系統(tǒng)權限認證通過后進行控制。

控制結構分為四個層次：現(xiàn)地設備層手動控制、現(xiàn)地測控層控制、監(jiān)控操作層控制、管理網(wǎng)絡層控制。

現(xiàn)地設備層手動控制：最高優(yōu)先級控制。在PLC發(fā)生故障時，可通過現(xiàn)地動力柜內(nèi)的繼電器回路進行閘門現(xiàn)地手動控制。主要設備包括：閘門動力柜、閘門啟閉機、閘門開度編碼器及顯示儀表等。

現(xiàn)地測控層控制：通過現(xiàn)地LCU單元實現(xiàn)閘門自動控制，并將控制信號傳送到中控室操作員工作站以便監(jiān)控。

監(jiān)控操作層控制：通過上位計算機的監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)閘門的運行。

管理網(wǎng)絡層控制：網(wǎng)絡互聯(lián)的淠史杭總局調度中心，內(nèi)部局域網(wǎng)絡以及與之互聯(lián)的上級主管單位的計算機，通過監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件，經(jīng)過系統(tǒng)權限認證通過后進行控制?？刂品绞降那袚Q將嚴格按照控制的優(yōu)先級獲取控制權，各控制權之間嚴格互鎖，能夠在切換過程中做到系統(tǒng)運行無擾動。

四、羅管節(jié)制閘信息化系統(tǒng)的功能與特點

淠史杭灌區(qū)羅管閘信息化系統(tǒng)采用了先進的開放、分層分布式結構，是一個集多種顯示方式于一身的SCADA系統(tǒng)。具有自動監(jiān)測、連續(xù)監(jiān)測、自動數(shù)據(jù)傳輸、自動報警以及停電保護和來電恢復等功能。該信息化系統(tǒng)的特點是：實用、經(jīng)濟、可靠、實時、先進、易操作、易維護及可擴展。

五、結語

淠史杭灌區(qū)淠河總干渠羅管節(jié)制閘信息化建設實施方案結合了灌區(qū)的實際情況，充分利用了先進的信息技術手段，提高了信息采集的準確性和信息傳輸?shù)臅r效性，實現(xiàn)了灌區(qū)的信息交換與共享，降低了灌區(qū)的管理成本，增強了灌區(qū)的管理效率，為灌區(qū)的管理決策提供科學的依據(jù)，保障了自來水供水安全及生產(chǎn)，促進了水資源的合理配置和高效利用，以及灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展

（作者單位：安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局 237010）