蒙城樞紐智能控制系統(tǒng)方案設計

宣 政 梁小剛

（1.安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司 合肥 230088 2.安徽省淮河河道管理局 蚌埠233000）

1 樞紐調(diào)度系統(tǒng)總體結構

蒙城樞紐工程總體調(diào)度系統(tǒng)采用分區(qū)分層進行系統(tǒng)設計。縱向分層包括：第一層，總調(diào)中心—樞紐管理處；第二層，現(xiàn)地層—節(jié)制閘、船閘現(xiàn)地控制系統(tǒng)。橫向上，按安全等級的不同分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)分為管理區(qū)和控制區(qū)，兩區(qū)通過物理隔離裝置進行隔離，以避免低安全區(qū)系統(tǒng)影響高安全區(qū)系統(tǒng)的正常運行。

2 智能控制系統(tǒng)方案設計

2.1 系統(tǒng)結構組成

現(xiàn)地層蒙城樞紐船閘、節(jié)制閘智能控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、船閘收費系統(tǒng)及通信系統(tǒng)等組成。樞紐調(diào)度中心設置在樞紐管理處，分別對節(jié)制閘及船閘智能控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理調(diào)度。

2.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

網(wǎng)絡系統(tǒng)采用分層分布、開放式系統(tǒng)。系統(tǒng)分為集控中心控制級、站控級和現(xiàn)地控制級?？刂苾?yōu)先權順序為現(xiàn)地級、站控級、集控中心控制級。每層功能相對獨立，下層設備脫離上層后能獨立完成自己的功能。

2.2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡配置

管理處集控中心控制層設置相互冗余的計算機操作員工作站、視頻服務器、通訊服務器，數(shù)據(jù)庫服務器及不間斷電源裝置（UPS）等設備。

節(jié)制閘站控制層設置操作員工作站、節(jié)制閘安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集主機、視頻工作站、網(wǎng)絡打印機及不間斷電源裝置（UPS）等設備。閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)在橋頭堡控制室對現(xiàn)場各閘門進行遠程監(jiān)控，同時還能監(jiān)視各閘門的位置以及運行情況，當出現(xiàn)閘門故障時系統(tǒng)能及時報警。計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式全分布系統(tǒng)結構，由主控級和現(xiàn)地控制單元級組成。主控制級設置兩臺主機兼操作員工作站，放置在節(jié)制閘控制室內(nèi)，二機互為冗余熱備用，作為閘門控制系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)按被控對象設置8 套現(xiàn)地控制單元（其中1 套兼做公共LCU 站，主要負責供監(jiān)控節(jié)制閘供配電設備及柴油發(fā)電機），每套閘門現(xiàn)地控制LCU 監(jiān)控2 孔工作門。在現(xiàn)地控制LCU 箱上每個閘門都配有閘門開度、荷重顯示儀和常規(guī)控制按鈕，使運行人員能獨立于PLC 直接對閘門進行操作。閘室底板測壓管揚壓力計接入數(shù)據(jù)采集單元MCU 箱，根據(jù)揚壓力計分布位置選用2 套數(shù)據(jù)采集單元，MCU 接入閘門監(jiān)控系統(tǒng)。

船閘站控層設置操作員工作站、船閘收費主機、視頻工作站、網(wǎng)絡打印機及不間斷電源裝置（UPS）等設備。船閘系統(tǒng)按被控對象設置5套現(xiàn)地控制單元，其中1 套公用設備控制LCU 監(jiān)控船閘配電設備和柴油發(fā)電機，2 套為上閘首液壓啟閉機控制站，主要監(jiān)控上閘首工作門、輸水洞閘門和液壓站運行，2 套為下閘首液壓啟閉機控制站，主要監(jiān)控下閘首工作門、輸水洞閘門和液壓站運行。上閘首與下閘首液壓站現(xiàn)地控制系統(tǒng)由廠家成套提供。在上閘首與下閘首閘門兩側分別設置水位傳感器1 套，用以監(jiān)測水位落差，水位信號接入液壓站現(xiàn)地控制屏。在現(xiàn)地控制LCU屏上每個閘門都配有閘門開度顯示儀和常規(guī)控制按鈕，使運行人員能獨立于PLC 直接對閘門進行操作。

節(jié)制閘、船閘主控級和現(xiàn)地單元級之間采用以太網(wǎng)相連接?？刂茖訉崿F(xiàn)操作閉鎖，現(xiàn)地單元控制級優(yōu)先主控級。系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理、安全監(jiān)視及事件報警、運行指導、控制調(diào)節(jié)、統(tǒng)計記錄、數(shù)據(jù)庫、人機聯(lián)系、系統(tǒng)通信等功能。

站控層與集控層之間通過以太網(wǎng)實現(xiàn)信息交換，同時集控中心與上級網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)，通過網(wǎng)絡向上級發(fā)送本樞紐實時運行信息及各項監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.2.3 系統(tǒng)的功能

系統(tǒng)功能設置如下：數(shù)據(jù)采集與處理；控制與調(diào)節(jié)；人機接口；數(shù)據(jù)通訊功能；系統(tǒng)自診斷功能；軟件開發(fā)功能等。

2.3 視頻系統(tǒng)

2.3.1 視頻系統(tǒng)結構

蒙城樞紐視頻監(jiān)視系統(tǒng)由前端攝像機設備、傳輸設備、存儲設備、監(jiān)控中心設備等四部分組成。

前端設備：主要由網(wǎng)絡攝像機、防雷器等組成。

在節(jié)制閘的柴油發(fā)電機房、高壓配電室、低壓配電間、控制室、啟閉機房、閘門側等處設置監(jiān)控攝像機。在船閘上下閘首啟閉機房、控制室、配電室、閘室、液壓人字門兩側等處設置監(jiān)控攝像機。

傳輸及存儲設備：根據(jù)傳輸距離和圖像質(zhì)量的要求選用各種不同的線纜、接口設備，分別在節(jié)制閘中控室船閘中控室設置監(jiān)視網(wǎng)絡設備屏，屏內(nèi)安裝以太網(wǎng)交換機，若干臺網(wǎng)絡硬盤錄像機，負責采集前端設備的監(jiān)控圖像并錄像。

監(jiān)控中心設備：分別在節(jié)制閘、船閘中央控制室安裝視頻工作站作為控制和管理設備，視頻工作站上安裝視頻監(jiān)控管理平臺?？刂圃O備還負責完成前端設備和圖像切換的控制、鏡頭的控制。

2.3.2 視頻系統(tǒng)功能

現(xiàn)場攝像機可實時獲得監(jiān)控區(qū)域內(nèi)清晰的監(jiān)控圖像，實現(xiàn)24h 不間斷監(jiān)控。存儲可支持錄像調(diào)用，支持電腦客戶端、WEB、移動客戶端錄像回放。系統(tǒng)需支持報警聯(lián)動，包括客戶端、錄像、云臺、報警輸出、報警上墻、短信、郵件等聯(lián)動方式。

2.4 在線監(jiān)測系統(tǒng)

樞紐船閘上、下閘首人字閘門實時在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動監(jiān)測船閘上、下閘首人字閘門的開啟、關閉運行過程中，受水流擾動以及結構受力不均衡所引起的結構振動，可進行持久性地采集人字閘門結構的振動信息，掌握門體結構的動態(tài)特性，實現(xiàn)主要構件的靜應力、動應力、動態(tài)特性、運行姿態(tài)和頂?shù)讟心p、門軸柱與支枕墊摩擦運行狀態(tài)的實時在線監(jiān)測，通過技術分析手段，及時發(fā)現(xiàn)和預警故障發(fā)生的隱患、判斷分析影響結構安全因素的變化趨勢，并運用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術平臺，實現(xiàn)樞紐工程信息化、大數(shù)據(jù)管理，并可及時向工程管理單位提供維護、運行的優(yōu)化措施和設備的安全評價。

2.5 通信

蒙城樞紐通信系統(tǒng)主要為節(jié)制閘、船閘與樞紐管理處控制中心的通訊，以及集控中心與上級管理系統(tǒng)的調(diào)度通信。管理處辦公樓集控中心為淮河河道局運行調(diào)度管理系統(tǒng)的一個節(jié)點，配置有網(wǎng)絡通信設備。通過樞紐公網(wǎng)專線可以與上級調(diào)度部門實現(xiàn)高速寬帶的數(shù)字傳輸，將樞紐所轄節(jié)制閘、船閘的設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)以及視頻圖像傳送至上級調(diào)度部門，實現(xiàn)集控中心與上級調(diào)度的實時數(shù)據(jù)、視頻圖像及語音的傳輸。

3 結論

蒙城樞紐智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)信息采集、存儲及智能控制，運用現(xiàn)代通信網(wǎng)絡和信息處理技術，對整個工程資源實施合理調(diào)配，保障工程安全、可靠、穩(wěn)定的運行，對有效提高樞紐工程管理水平及運行維護能力具有重要的理論基礎和經(jīng)濟價值■