鹽官上河閘控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)探討

孫春榮 周偉豐 劉文軍

摘 要：標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展的技術(shù)支撐，是組織生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的依據(jù)，有高標(biāo)準(zhǔn)才有高質(zhì)量，標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于水利運(yùn)行管理也是必不可少的。鹽官上河閘標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)是將上河閘排澇運(yùn)行操作程序和動(dòng)作進(jìn)行分解，實(shí)現(xiàn)操作流程標(biāo)準(zhǔn)化、運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備巡檢標(biāo)準(zhǔn)化，以達(dá)到運(yùn)行系統(tǒng)操作安全、有跡可循的目的。

關(guān)鍵詞：

標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng);流程;運(yùn)行安全

中圖分類(lèi)號(hào)：S2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200315020

導(dǎo)言

鹽官上河閘工程，位于海寧市鹽官鎮(zhèn)西約1km處的滬杭公路南側(cè)，與鹽官下河站閘樞紐同樣位于錢(qián)塘江強(qiáng)涌潮河段。

工程主要任務(wù)是排澇，排澇面積294km2，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為遇1954年5—7月型梅雨，上塘河閘排入錢(qián)塘江澇水0.85億m3;遇1963年9月11—13日臺(tái)風(fēng)暴雨，4d天可排水0.12億m3。

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），工程為二等工程，主要建筑物為1級(jí)建筑物，次要建筑物為3級(jí)建筑物，防潮標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇。

鹽官上河閘于2018年3月完成竣工驗(yàn)收，大修完工之后該樞紐將建立全新的控制系統(tǒng)。新的閘站系統(tǒng)將排澇閘控制方式按照以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，簡(jiǎn)單常規(guī)控制為輔的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開(kāi)放系統(tǒng)，由1套主控站工控機(jī)、1套工程師通信工作站、打印機(jī)終端、2個(gè)現(xiàn)地LCU單元和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。主控制級(jí)與現(xiàn)地控制單元之間的通訊連接方式采用100Mbps光纖以太網(wǎng)。并預(yù)留通訊接口，將來(lái)可與防汛調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)。

優(yōu)異的控制系統(tǒng)不僅能進(jìn)行良好的防洪除澇工作還能有效減輕管理人員的負(fù)擔(dān)，降低運(yùn)營(yíng)成本，因此建設(shè)集先進(jìn)性、安全性于一體的標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)非常必要。

1?標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)構(gòu)建

鹽官上河閘標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)由閘站自動(dòng)控制、視頻監(jiān)控、水位監(jiān)測(cè)、廣播系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)和管理中心組成。整個(gè)系統(tǒng)以PLC（Programmable Logic Controller）與上位機(jī)為核心，采用分層分布式管理和分散控制相結(jié)合的工作模式進(jìn)行工作。

1.1?閘站自動(dòng)控制

對(duì)閘門(mén)液壓站、閘門(mén)啟閉機(jī)、閘門(mén)開(kāi)度系統(tǒng)等部位以及設(shè)備故障、高低壓配電系統(tǒng)的狀態(tài)量進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制。

1.2?視頻監(jiān)控

對(duì)上游側(cè)、下游側(cè)、閘門(mén)區(qū)、周邊環(huán)境等通過(guò)流媒體服務(wù)器方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)NVR（Network Video Recorder）存儲(chǔ)方式，實(shí)現(xiàn)全高清24h不間斷監(jiān)控。設(shè)置畫(huà)面的一鍵切換;上游側(cè)設(shè)置異常情況監(jiān)測(cè)，在管理中心預(yù)警。

1.3?廣播系統(tǒng)

建立先進(jìn)性的廣播系統(tǒng)，對(duì)閘站上游側(cè)、下河側(cè)布置遠(yuǎn)程人工語(yǔ)音干預(yù)預(yù)警，管理人員在管理中心發(fā)現(xiàn)外圍有非法人員闖入，可以利用話(huà)筒對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行喊話(huà)。在開(kāi)啟時(shí)，自動(dòng)播放預(yù)先設(shè)定的提示信息，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)控制聯(lián)動(dòng)功能。

1.4?巡檢系統(tǒng)

由移動(dòng)終端、藍(lán)牙智能模塊、手機(jī)應(yīng)用和管理軟件平臺(tái)組成。藍(lán)牙智能模塊是手機(jī)的外置設(shè)備，其工作原理是通過(guò)低功耗藍(lán)牙向周?chē)l(fā)送其特有的ID，手機(jī)上的應(yīng)用軟件可以?huà)呙璨⒔馕龀鯥D。相比于傳統(tǒng)的GPS定位，藍(lán)牙智能模塊具有耗電量小、定位精準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)。手機(jī)巡查人員進(jìn)入藍(lán)牙智能模塊的覆蓋范圍內(nèi)，形成手機(jī)端的自動(dòng)應(yīng)答機(jī)制，無(wú)需巡查人員多余的手動(dòng)操作，即可實(shí)現(xiàn)信息接收，運(yùn)行負(fù)責(zé)人員可以通過(guò)管理軟件，實(shí)時(shí)接收巡查人員巡查的結(jié)果，特別在運(yùn)行時(shí)，可以及時(shí)做出必要的應(yīng)對(duì)措施。

1.5?管理中心

保證閘門(mén)液壓系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)的實(shí)監(jiān)測(cè)值通過(guò)PLC采集到管理中心，管理中心與各節(jié)點(diǎn)的信息交換，將建立雙環(huán)網(wǎng)，保證管理中心與各設(shè)備信息傳遞的穩(wěn)定性。在管理中心設(shè)置智能聲光報(bào)警屏、音響，系統(tǒng)平臺(tái)將采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析后，對(duì)異?；驁?bào)警信息通過(guò)智能聲光報(bào)警屏和音響及時(shí)報(bào)警，做到預(yù)警預(yù)報(bào)。

2?標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鹽官上河閘所建設(shè)的系統(tǒng)眾多，由運(yùn)行管理人員依次操作控制系統(tǒng)容易造成失誤，且需要技術(shù)熟練的操作工人。建立控制系統(tǒng)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制，可以有效地降低操作的復(fù)雜性，有利于提高對(duì)閘門(mén)運(yùn)行與設(shè)備維護(hù)進(jìn)行管理的有效性，設(shè)計(jì)主要分為操作流程的標(biāo)準(zhǔn)化、閘門(mén)運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備巡檢標(biāo)準(zhǔn)化。

2.1?操作流程的標(biāo)準(zhǔn)化

將鹽官上河閘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程化的布置，開(kāi)閘的流程由控制系統(tǒng)運(yùn)行完成。根據(jù)被控設(shè)備的工作條件，對(duì)整個(gè)過(guò)程提供安全保護(hù)措施和完善的閉鎖。設(shè)備遠(yuǎn)程操控的每一步通過(guò)軟件來(lái)保證處于某一控制步驟下其它控制命令的無(wú)效性，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程操控的步驟化，禁止超越控制，做到統(tǒng)一操作流程、統(tǒng)一操作標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)置閘門(mén)開(kāi)流程、閘門(mén)關(guān)流程、緊急停流程，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)控制系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)操作。

2.1.1?開(kāi)閘流程

開(kāi)閘條件為通過(guò)PLC對(duì)開(kāi)閘條件進(jìn)行判定，上下水位是否超限、各設(shè)備是否正常、有無(wú)故障，且切換至遠(yuǎn)控狀態(tài)。上位機(jī)系統(tǒng)對(duì)廣播系統(tǒng)下發(fā)開(kāi)閘前的30min預(yù)警，預(yù)警完畢將反饋給上位機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)行上位機(jī)設(shè)定巡查設(shè)備及路線(xiàn)，由運(yùn)行人員進(jìn)行移動(dòng)檢查，雙重保證設(shè)備處于正常狀態(tài)，符合開(kāi)閘條件。移動(dòng)巡查、預(yù)警完畢，才能執(zhí)行開(kāi)閘流程。開(kāi)閘前通過(guò)對(duì)視頻系統(tǒng)控制，一鍵切換至需要確定的檢修閘、事故閘狀態(tài)、上游下游工況。

2.1.2?關(guān)閘流程

水閘運(yùn)行完畢，通過(guò)上位機(jī)切換，執(zhí)行關(guān)閘流程，視頻系統(tǒng)一鍵切換至需要確定的檢修閘、事故閘狀態(tài)、上游下游工況。根據(jù)流程設(shè)置依次將啟閉機(jī)設(shè)備及液壓站設(shè)備關(guān)閉完成。

2.1.3?緊急停止流程

遇到突發(fā)情況，將通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行預(yù)警提示，啟動(dòng)應(yīng)急停機(jī)模式。結(jié)合智能故障診斷系統(tǒng)的診斷結(jié)果，如出現(xiàn)重大問(wèn)題，將迅速執(zhí)行故障保護(hù)動(dòng)作，確保故障時(shí)不發(fā)生安全事故。

2.2?閘門(mén)運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)化

2.2.1?控制系統(tǒng)機(jī)組運(yùn)行安全

通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)、視頻系統(tǒng)監(jiān)視、定時(shí)巡查等3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)程序塊來(lái)保證機(jī)組運(yùn)行安全。

2.2.1.1?系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)

閘門(mén)運(yùn)行由配電系統(tǒng)、閘門(mén)液壓站系統(tǒng)、閘門(mén)啟閉機(jī)系統(tǒng)、閘門(mén)開(kāi)度系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)配合完成，控制系統(tǒng)將實(shí)時(shí)采集各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，設(shè)定安全參數(shù)報(bào)警。一線(xiàn)操作人員無(wú)需到現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，在中控室即可獲取所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)形成報(bào)表。對(duì)所形成的數(shù)據(jù)，建立標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集與分析部分包括以下功能模塊：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于儲(chǔ)存來(lái)自PLC的最新采集數(shù)據(jù);歷史數(shù)據(jù)的存檔，所有收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)按類(lèi)型名稱(chēng)、屬性分類(lèi)，按時(shí)序依次存檔，并及時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器;趨勢(shì)曲線(xiàn)，趨勢(shì)曲線(xiàn)可以清楚的展示溫度、電耗的長(zhǎng)期變化，供調(diào)度人員與管理人員進(jìn)行分析與決策。

2.2.1.2?視頻系統(tǒng)監(jiān)視

視頻系統(tǒng)將對(duì)閘門(mén)狀態(tài)、上游情況、下游放水情況等進(jìn)行聚焦，實(shí)時(shí)輪詢(xún)，保證運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備每個(gè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)能通過(guò)視頻確定其正常運(yùn)行。

2.2.1.3?定時(shí)巡查

閘門(mén)運(yùn)行時(shí)，將設(shè)定時(shí)間對(duì)設(shè)備、上下游工況等重點(diǎn)區(qū)域位置進(jìn)行定點(diǎn)巡查。運(yùn)檢人員通過(guò)巡查終端，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行記錄。

2.2.2?權(quán)限

操作控制系統(tǒng)設(shè)置不同登入人員的權(quán)限，應(yīng)用程序的調(diào)用、操作畫(huà)面顯示、事件調(diào)度、配方管理賦予權(quán)限管理。除此之外，還可限制某些關(guān)鍵程序的訪(fǎng)問(wèn)，如過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)的重裝及過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)的寫(xiě)入，數(shù)據(jù)參數(shù)修正。需要工作人員通過(guò)指紋密碼驗(yàn)證通過(guò)，才能登入操作運(yùn)行，做到有跡可循。

3?結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)的架構(gòu)，基于先進(jìn)的CBSC（以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主、常規(guī)設(shè)備為輔的方式）自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。有利于實(shí)現(xiàn)閘門(mén)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理，減少運(yùn)行人員的技術(shù)負(fù)擔(dān)，并能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化控制系統(tǒng)，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，使運(yùn)行不斷趨向于更加高效與安全。

參考文獻(xiàn)

[1]

徐躍增. 閘門(mén)工程遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J]. 中國(guó)科技信息，2009（01）：133-134.

（責(zé)任編輯?賈燦）