淺談自動化技術(shù)在攔河閘工程控制中的應(yīng)用

孫意磊

（山東煙臺龍口市河道建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東 龍口 265700）

在自動化控制水平不斷提高的過程中，計算機(jī)被廣泛應(yīng)用到多領(lǐng)域中。為能夠使樞紐水閘管理水平得到提高，使水閘管理單位自動測控流量、閘門等，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理及傳輸，進(jìn)行現(xiàn)代化的管理，本文對河閘自動監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)過程進(jìn)行分析。

1 攔河閘自動監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對閘門啟閉狀態(tài)和開度檢測、自動化收集圖像信息并且傳輸，實現(xiàn)在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制閘門的開啟、關(guān)閉和自動控制、系統(tǒng)聯(lián)動。系統(tǒng)在設(shè)計過程中主要包括系統(tǒng)中央控制室、閘門現(xiàn)場監(jiān)控裝置，監(jiān)控中心主要包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺、系統(tǒng)組態(tài)平臺、系統(tǒng)前置機(jī)和應(yīng)用軟件構(gòu)成，閘門現(xiàn)場監(jiān)控裝置指的是閘門監(jiān)控部件PLC 和信息傳輸通道[1]。

利用現(xiàn)場設(shè)置的三臺現(xiàn)地監(jiān)控單元分別收集15 孔閘門運行信號，并且實現(xiàn)控制指令的集合,不僅能夠在改造之后手動控制柜中開啟關(guān)閉閘門，還可利用現(xiàn)地監(jiān)控單元中的觸摸屏進(jìn)行自動控制。在操作過程中不僅能夠?qū)﹂l門狀態(tài)及位置進(jìn)行監(jiān)測，還能夠利用監(jiān)控中心的計算機(jī)自動控制閘門，將閘門中的數(shù)據(jù)寫入到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，方便今后的綜合調(diào)度管理及查詢[2]。圖1 為攔河閘自動監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心屬于自動化監(jiān)控系統(tǒng)核心，包括工控機(jī)、操作臺。安裝兩臺硬盤錄像機(jī)，使用19 寸液晶監(jiān)視器實現(xiàn)視頻監(jiān)控，通過畫面分割將首進(jìn)水閘和沖砂閘設(shè)備的運行情況展現(xiàn)出來，利用軟件對站點視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行控制，并且記錄視頻文件。進(jìn)水閘中設(shè)置兩孔平板閘門，改造之后使用電動啟閉機(jī)。

圖1 攔河閘自動監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 閘位傳感器

閘位編碼器根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇和使用。目前國內(nèi)水利行業(yè)閘門開度傳感器一般使用光電式絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，能夠減低電子接收設(shè)備計算任務(wù)，節(jié)約成本較高且復(fù)雜的輸入設(shè)備，并且還具有斷電記憶功能，可在電源條件比較差的地區(qū)應(yīng)用[3]。

2.3 選擇水位計

水閘流量監(jiān)測系統(tǒng)對于水位精度具有較高的要求，水閘水位測量可以使用壓力投入式水位計。

2.4 選擇載荷傳感器

螺桿式啟閉機(jī)閘門受到阻礙導(dǎo)致超載時會破壞傳動設(shè)備，或者導(dǎo)致閘門墜落。對于此種情況，可在啟閉機(jī)合適位置安裝荷載傳感器，利用設(shè)置的荷載值對啟閉電機(jī)開停進(jìn)行控制，保證設(shè)備正常工作[4]。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計

3.1 集控中心

集控中心控制層屬于工程集中控制及生產(chǎn)運行部門，是實現(xiàn)供水工程各個閘站集中控制管理及優(yōu)化調(diào)度技術(shù)平臺。集控中心能夠接收上級調(diào)度系統(tǒng)的相應(yīng)指令，實現(xiàn)供水工程生產(chǎn)運行設(shè)備安全統(tǒng)一監(jiān)視，并且進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，執(zhí)行調(diào)度指令，保證供水工程正常運行。

集控中心控制層包括主計算機(jī)、多個磁盤陣列設(shè)備、工程師、操作員工作站、通信工作站、UPS 電源及GPS 裝置等。主控計算機(jī)安裝在辦公樓中控室，利用網(wǎng)絡(luò)控制各層子站的實時通訊，雙機(jī)為冗余熱備用運行方式，相互切換沒有擾動，反應(yīng)較快，對閘站信息進(jìn)行遙測遙信和數(shù)據(jù)處理，對各個閘站進(jìn)行遙控遙調(diào)、記錄事件順序、控制運行人員控制臺、屏幕顯示、打印記錄、安全運行監(jiān)視等。

3.2 閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)

閘門監(jiān)控系統(tǒng)能夠收集15 孔信息，并對其進(jìn)行控制。監(jiān)控中心設(shè)置兩套監(jiān)控主機(jī)，實現(xiàn)閘門監(jiān)控雙機(jī)熱的備份。監(jiān)控主機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)和閘室中的PLC 控制柜進(jìn)行連接，操作人員能夠手動控制柜開啟閘門，也可利用現(xiàn)地監(jiān)控單元中的觸摸屏及監(jiān)控中心計算機(jī)中進(jìn)行自動控制，或利用網(wǎng)絡(luò)，在遠(yuǎn)程調(diào)度中心遠(yuǎn)程自動控制閘門。實時寫入閘門中全部重要數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫，方便今后查詢及綜合調(diào)度。

閘門進(jìn)行自動定流量及水位控制時，以河流上下游水位和閘門開度對流向進(jìn)行計算。監(jiān)控系統(tǒng)控制權(quán)包括遠(yuǎn)方、中控室及現(xiàn)地三級，實現(xiàn)無擾動切換。系統(tǒng)監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用層次式星形結(jié)構(gòu)[5]。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括15 個可調(diào)攝像點，8 個固定攝像點。視頻監(jiān)控閘控點先啟動孔閘，閘室中有兩個動攝像點和多個安全門禁，管理處安全攝像點共23 個攝像點，主要是實現(xiàn)閘門和周圍現(xiàn)場環(huán)境的全方位管理及監(jiān)視，從而有效控制運行情況。在管理監(jiān)控中心設(shè)置兩套視頻硬盤錄像機(jī)，利用視頻矩陣實現(xiàn)視頻圖像采集分流在監(jiān)控中心視頻監(jiān)視屏幕墻八臺液晶電視中的顯示，并且能夠使視頻圖像和音頻采集存儲，利用廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸。

利用上述設(shè)備，控制室監(jiān)控中心能夠利用監(jiān)視器實現(xiàn)對周邊地區(qū)的監(jiān)視，掌握周邊地區(qū)監(jiān)視范圍中的動態(tài)情況，有效實現(xiàn)集中控制及管理，保證水利設(shè)備的安全運行進(jìn)行，使工作效率及社會效益得到提高。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

圖2 為某攔河閘工程閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)的主頁面。頁面中有攝像機(jī)控制、定開高群控，繼電保護(hù)、水位設(shè)置、水位曲線、登錄系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢、用戶管理、注銷系統(tǒng)及退出系統(tǒng)等菜單和開閘報警器按鈕。攔河閘中一共有15 個水孔。上游來水較大、先啟孔不足泄水的時候，開啟后啟孔。開閘要滿足先中間后兩邊對稱的原則，關(guān)閉相反。主頁面中的多個菜單項能夠同時展開，如數(shù)據(jù)查詢及水位曲線等。設(shè)置查詢時段，調(diào)出數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，或利用數(shù)據(jù)查詢菜單查詢確切數(shù)據(jù)，見圖3。利用曲線圖查詢上下游上位趨勢，見圖4，曲線圖中能夠?qū)Σ樵儠r間及數(shù)據(jù)時間間隔進(jìn)行設(shè)置[6]。

圖2 控制系統(tǒng)的主頁面

圖3 閘控數(shù)據(jù)查詢菜單

圖4 閘控水位曲線菜單

5 結(jié)語

在攔河閘工程中使用自動化綜合控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對水閘各個參數(shù)和運行工況的監(jiān)控，使用大數(shù)據(jù)實現(xiàn)工程運行參數(shù)的實時分析，對運行狀態(tài)進(jìn)行及時調(diào)整，降低事故的發(fā)生幾率，同時，改善勞動條件，在保證水利工程的安全運行的基礎(chǔ)上，降低運行運營成本。