陳 愷
宜興市公用事業(yè)管理局,江蘇宜興 214200
我國地質(zhì)地形復雜,夏季有非常大的降雨量,降雨頻繁,現(xiàn)有的防洪排澇管以及渠網(wǎng)等因為歷史原因沒有總體性規(guī)劃,設備陳舊,閘站布置過于分散,雨量和水情監(jiān)測往往通過人工方式,閘門的升降也需要人工,資料整理工作量大,一旦有暴雨或者大潮等情況出現(xiàn),防洪排澇工作將處于十分被動地位。閘門屬于水利系統(tǒng)中一項最為基礎組成部門,在防洪抗災中有著非常重要的價值和作用,對于防洪、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保護等有非常大的積極作用。當前水閘閘控方式較為落后,自動監(jiān)控系統(tǒng)的應用能夠?qū)崿F(xiàn)對這一問題的有效改善,改造之后水閘的啟動和關(guān)閉可以遠程集中控制,自動實現(xiàn)防洪、排澇等功能,提高水閘快速反應能力,使運行安全、可靠,將水閘工程效益充分全面發(fā)揮出來,更好地滿足當前在河道水閘防洪排澇方面的實際需要,本文就此展開了研究分析。
自動監(jiān)控系統(tǒng)在布設方面,采取分層分布式監(jiān)控系統(tǒng),選擇常規(guī)設備輔助控制,同時預留相應接口,方便設備之后的更新以及系統(tǒng)的拓展。
選擇開放性網(wǎng)絡體系,通過標準化體系完成圖像采集與視頻處理。系統(tǒng)中多媒體管理設備以及相關(guān)視頻處理和傳輸設備的選擇,以國際化標準產(chǎn)品為主。
選擇當前較為成熟的自動化控制、計算機技術(shù)、視頻處理技術(shù)等先進技術(shù),在多媒體管理方面,選擇當前先進的多媒體管理系統(tǒng),保證能夠跟上國際上相關(guān)技術(shù)發(fā)展腳本。
多媒體管理設備和通信設備的選擇,選擇性價比高設備,且更新?lián)Q代方便,最大限度節(jié)約原有設備和軟件更換方面的投資和花費。
計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)中包含整個計算機局域網(wǎng)服務器,能夠有效執(zhí)行計算機網(wǎng)絡控制管理中心、調(diào)度中心以及上級水利單位所發(fā)布的任務和指令。中心站在各個系統(tǒng)調(diào)度方面發(fā)揮出控制和管理作用,實時監(jiān)控閘控全過程,保存相關(guān)視頻圖片資料,實現(xiàn)遠程遙控以及遙測等。中心站、閘站等之間的連接利用光線形成一個完整的局域網(wǎng),可以利用計算機實現(xiàn)對整個系統(tǒng)閘門狀態(tài)以及視頻畫面監(jiān)控,實現(xiàn)信息的共享和傳遞。
該子系統(tǒng)主要是采集所有視頻信號,通過相關(guān)軟件處理,將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場圖像,實現(xiàn)對設備運行狀況的監(jiān)視,具備水位監(jiān)測、設備運行監(jiān)測等功能,保證閘門啟停過程中的安全性。另外,還能夠?qū)崿F(xiàn)對閘室周邊區(qū)域動態(tài)情況的實時監(jiān)測,重點觀察部門關(guān)鍵性位置,不僅能夠控制前端一路圖像,同時還能將多路圖像清楚地顯示在監(jiān)視屏幕,實現(xiàn)集中控制。
閘門監(jiān)控制子系統(tǒng)的布置選擇分層分布式結(jié)構(gòu),包含集中控制單元、現(xiàn)地控制單元兩部分,其中,集中控制單元作為主控制級,布置在分中心站,包含閘站所有功能,比如控制閘門升降,閘門開度顯示等,能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場設備顯示、控制、運行、報警等不同操作的控制。每個閘站的現(xiàn)地控制單元與現(xiàn)場控制層相對應,具備能夠獨立運行PLC系統(tǒng),控制閘門的啟停,現(xiàn)場控制層還配置有現(xiàn)地操作屏,主要用來實現(xiàn)對設備運行狀況的實時監(jiān)控。現(xiàn)場控制層與閘門運行的連接通過輸入/輸出接口方式實現(xiàn),通過通訊接口實現(xiàn)信息交換,操作人員根據(jù)相關(guān)操作指令在監(jiān)控室控制閘門運行?,F(xiàn)場控制單元與主控制層之間相互獨立,不需要經(jīng)過主控制層實現(xiàn)各類運行數(shù)據(jù)的采集和處理、設備的控制和調(diào)整、設備運行監(jiān)視等功能。網(wǎng)絡連接未發(fā)生異常,操作人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對閘門的集中控制;網(wǎng)絡連接出現(xiàn)故障時,操作人員可通過現(xiàn)場PLC系統(tǒng)操作控制閘門完成相應指令,如果PLC面板同樣出現(xiàn)故障,可以采取人工控制方式控制閘門動作。
閘門監(jiān)控運行控制方式包含主控制級和現(xiàn)地控制級兩個不同等級,其中,主控制級主要是指操作人員在中心站等通過計算機操作下達指令,通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對各個閘門運行方式的自動控制,或者采取分步執(zhí)行方式,每一級的完成需要經(jīng)過操作人員確認,之后可進入下一級操作;現(xiàn)地控制級主要是在主控制級以及網(wǎng)絡有故障情況出現(xiàn)后,操作人員通過人機操作界面實現(xiàn)對閘門運行狀況的控制。
第一,操作人員可以通過計算機操作實現(xiàn)對控制對象的調(diào)節(jié)和控制,包含閘門控制方式選擇、閘門啟停等,能夠使設備自動完成開機、關(guān)機等操作,靈活調(diào)整閥門開度。利用監(jiān)控室LCD屏幕,顯示閘門位置以及開度相關(guān)信息,配置自動報警指示燈和升降等操作按鈕。
第二,現(xiàn)地控制單元既可以受到主控制級控制,執(zhí)行相關(guān)指令,同時還能實現(xiàn)實時操作?,F(xiàn)地控制單元在顯示“遠程”位置時,智能通過主控制級控制,在顯示“現(xiàn)地”位置時,只能夠通過現(xiàn)場控制,兩個控制級之間信息的傳遞不受影響。
采集輸入模擬量、電氣量等相關(guān)數(shù)據(jù),經(jīng)過處理后顯示,具體功能體現(xiàn)在以下四個方面:
第一,現(xiàn)場控制單元,主要采集控制對象的各類模擬量、開關(guān)量等信息,以此變換工程量,上傳主控制級后顯示在現(xiàn)地;第二,主控制級在受到現(xiàn)地控制單元相關(guān)控制信息后,保存至實施數(shù)據(jù)庫,以此進行故障分析、控制調(diào)節(jié)等。按照周期性規(guī)律進行數(shù)據(jù)采集,操作人員在相應時間范圍內(nèi)下達數(shù)據(jù)采集指令,現(xiàn)場控制單元相應的輸入相關(guān)數(shù)據(jù)信息;第三,現(xiàn)地控制單元可以將采集的相關(guān)報警信息上傳至主控制級,同時還能在現(xiàn)地實現(xiàn)顯示以及報警等功能,當有故障或事故發(fā)生時,能夠自動采集事故相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)生順序清楚記錄事件發(fā)生時間以及事件性質(zhì);第四,主控制級,主要是對現(xiàn)地控制單元相關(guān)信息數(shù)據(jù)展開分析和計算,控制數(shù)據(jù)傳輸誤差,生成實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫,包含閘門狀態(tài)、水位狀態(tài)等,方便管理人員檢索和打印。
第一,選擇Windows7操縱系統(tǒng),設計簡單明了的人機交互界面,能夠?qū)崿F(xiàn)對多個畫面的簡單顯示并隨時切換,畫面切換以及數(shù)據(jù)刷新時間能夠控制在2s以內(nèi),單元控制器在接收到運行操作指令后,整個單元控制器的應答時間不會超過3s。
第二,操作效果能夠直觀展現(xiàn),操作人員能夠在線完成參數(shù)的修改以及相關(guān)數(shù)據(jù)查詢,每個操作對象有相應的操作面板,通過口令驗證后即可操作,能夠避免發(fā)生誤操作。
第三,數(shù)據(jù)傳輸通過光纖方式,實現(xiàn)主控制級和現(xiàn)地控制單元之間通信,接受上級部門的調(diào)度和控制,將水閘等數(shù)據(jù)信息發(fā)送至上級部門。
第一,能夠顯示閘站電氣以及設備狀態(tài),運行人員可通過LCD界面完成對各項運行情況的實時監(jiān)視,包含閘門開度、水位、故障情況等。
第二,能夠?qū)⒏鏖l站運行信息和相關(guān)參數(shù)通過數(shù)字、圖形、曲線、表格等不同形式圖像直觀顯示,通過LCD實現(xiàn)閘站運行的全程監(jiān)視,將相關(guān)操作參數(shù)以及狀態(tài)方面變化情況顯示出來,另外對復限參數(shù)自動顯示處理,同時顯示重要數(shù)據(jù)的存儲和使用情況。
第三,現(xiàn)場控制單元還能夠自動診斷系統(tǒng)硬件以及軟件方面情況,及時向主控制級發(fā)送故障信息,并報警。
第四,設備故障保護設置的啟動和閉合,比如閘門閉合以及上升等方面故障,啟動相關(guān)量分析,明確故障原因,自動斷電報警,報警時間的產(chǎn)生到顯示能夠控制在3s以內(nèi)。
自動監(jiān)控系統(tǒng)建成并運行后,取得了非常好的應用效果,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,閘門控制精確快速,符合當前城區(qū)排澇實際需要。同時還能實現(xiàn)對閘門的集中、遠程監(jiān)控,美化水生態(tài)環(huán)境,減輕工作人員勞動強度,提高工作效率。
自動化監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應用屬于一項復雜的系統(tǒng)性工程,需要將整個系統(tǒng)各個硬件、軟件、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)等元件有效結(jié)合在一起,綜合多個方面因素分析考慮,充分發(fā)揮計算機、網(wǎng)絡、抗干擾等技術(shù)的價值和作用。自動化監(jiān)控系統(tǒng)在建成并運行以來,性能穩(wěn)定,運行狀態(tài)良好,能夠通過計算機遠程控制,實現(xiàn)對局部河段汛期水位準確監(jiān)測,實現(xiàn)防洪、排澇等的自動化集中控制,通過遠程調(diào)度,高效完成河道水閘運行和管理,取得了非常好的經(jīng)濟效益和社會效益。