淮北大堤渦河小型水閘集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張春林 劉 燦

（安徽省淮河河道管理局 蚌埠 233000）

1 工程概況

淮北大堤渦河左、右堤堤防總長(zhǎng)220km，沿堤共有穿堤小型水閘48 座，水閘均具有防洪、排澇作用。其中蒙城縣境內(nèi)渦河堤防長(zhǎng)114km、小型水閘34 座，沿堤設(shè)置6 個(gè)基層管理所；懷遠(yuǎn)縣境內(nèi)渦河堤防長(zhǎng)106km、小型水閘14 座，沿堤設(shè)置4 個(gè)基層管理所。

渦河小型水閘在建設(shè)時(shí)未配套相應(yīng)的自動(dòng)化控制設(shè)施，長(zhǎng)期以來，基層管理所采用人工檢查、觀測(cè)等方式開展水閘工情、水情等信息的采集，電話報(bào)送運(yùn)行狀況，現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)啟閉閘門。由于蒙城、懷遠(yuǎn)渦河各基層管理所管理堤防占線長(zhǎng)，水閘數(shù)量眾多，遇渦河流域強(qiáng)降雨或發(fā)生流域洪水時(shí)，各水閘水情觀測(cè)頻率難以滿足調(diào)度需要，水閘啟閉精準(zhǔn)性不高。

2 集中控制系統(tǒng)方案

結(jié)合管理單位工作職責(zé)分工，集中監(jiān)控系統(tǒng)總體劃分為水閘現(xiàn)地控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)三部分。水閘現(xiàn)地控制系統(tǒng)與視頻監(jiān)視系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，水閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建于現(xiàn)地控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)地控制系統(tǒng)獨(dú)立于水閘遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)行。

2．1 現(xiàn)地控制系統(tǒng)

2.1.1 現(xiàn)地控制系統(tǒng)組成

水閘現(xiàn)地控制系統(tǒng)的可編程邏輯控制器PLC、觸摸屏、動(dòng)力回路和控制回路設(shè)備，電壓、電流儀表，水位、閘門開度儀表等位于現(xiàn)地控制(LCU)柜上，LCU 柜位于啟閉機(jī)室內(nèi)；水位計(jì)采用浮子式和雷達(dá)式兩種，安裝于水閘上下游引河道上；開度傳感器為機(jī)械式編碼器，通過聯(lián)軸器或齒輪將BEN 編碼器軸與啟閉機(jī)卷筒軸或螺桿聯(lián)結(jié)；前端采集設(shè)備與顯示儀表、處理單元間通過專用網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)、信息的傳輸。

2.1.2 現(xiàn)地控制方式

現(xiàn)地控制系統(tǒng)控制方式由觸摸屏控制和按鈕控制兩種方式。兩種方式間通過LCU 柜面板上的控制轉(zhuǎn)換開關(guān)完成切換。當(dāng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)在手動(dòng)位置時(shí)，閘門啟閉通過LCU 柜面板上的“開啟”“停止”“關(guān)閉”按鈕進(jìn)行操作。當(dāng)控制轉(zhuǎn)換開關(guān)在觸摸屏位置時(shí)，通過在觸摸屏上設(shè)置閘門目標(biāo)位置等參數(shù)信息，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟閉閘門，此時(shí)LCU 柜體按鈕僅“急?！卑粹o有效。無論在何種控制方式下，當(dāng)閘門運(yùn)行至上下限位時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止電機(jī)，閘門停止運(yùn)行。

此外，觸摸屏作為人機(jī)界面，顯示實(shí)時(shí)上下游水位、閘門開度、電壓、電流、流量等運(yùn)行數(shù)據(jù)及告警信息等。

2．2 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

視頻監(jiān)視系統(tǒng)由攝像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)NVR、視頻管理平臺(tái)等設(shè)備及相關(guān)軟件組成。視頻攝像安裝于水閘上下游、啟閉機(jī)室內(nèi)、管理所院區(qū)及控制室內(nèi)。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況，水閘上下游攝像機(jī)采用球機(jī)型式，用于監(jiān)控上下游河道情況，如人員涉水活動(dòng)、河面漂浮物、水流流態(tài)等；閘室及管理所控制室攝像機(jī)采用半球型式，用于監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況、操作人員操作行為，同時(shí)兼顧安防任務(wù)；管理所院區(qū)攝像機(jī)采用球機(jī)型式，主要滿足于安防需求。各路攝像機(jī)所采集的視頻信號(hào)經(jīng)專用網(wǎng)絡(luò)傳輸至管理所，保存于網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)NVR 中。視頻管理平臺(tái)部署于蒙城局、懷遠(yuǎn)局監(jiān)視中心，用于統(tǒng)一管理下轄視頻資源。

管理所控制室內(nèi)的管理人員直接登錄NVR，查看實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像，調(diào)閱歷史存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過軟件控制現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)鏡頭及云臺(tái)，調(diào)整光圈大小、焦距遠(yuǎn)近、變倍高低以及圖像角度，以滿足不同視頻監(jiān)視應(yīng)用需求。蒙城局、懷遠(yuǎn)局監(jiān)視中心人員通過登錄視頻管理平臺(tái)，直接調(diào)取視頻攝像機(jī)，查看實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)。此外，通過視頻管理平臺(tái)可將其所管理的視頻資源推送至安徽省淮河河道管理局及其他相關(guān)單位?；幢贝蟮虦u河小型水閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 淮北大堤渦河小型水閘視頻監(jiān)視系統(tǒng)圖

2．3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

2.3.1 上位機(jī)軟件

水閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件安裝于各管理所和蒙城局、懷遠(yuǎn)局工程師站兼操作員站的工控機(jī)上，選用自動(dòng)化軟件“組態(tài)王6.55”作為開發(fā)平臺(tái)，功能采用模塊化設(shè)計(jì)，主要有數(shù)據(jù)采集、控制輸出、歷史數(shù)據(jù)管理、報(bào)表管理、用戶管理等模塊。

管理所上位機(jī)軟件讀取PLC采集的上下游水位、閘門開度、供配電狀態(tài)、啟閉機(jī)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，操作人員通過上位機(jī)人機(jī)界面輸入指令，獲取相關(guān)信息，對(duì)擁有管理權(quán)限的水閘進(jìn)行啟閉控制。在組態(tài)畫面運(yùn)行時(shí)，閘門啟閉機(jī)的運(yùn)行狀況以動(dòng)畫的方式反映在上位機(jī)顯示器上。操作員下發(fā)的指令經(jīng)上位機(jī)迅速、準(zhǔn)確傳遞至現(xiàn)場(chǎng)PLC，進(jìn)行閘門啟閉操作。鑒于水閘日?？刂坡氊?zé)，不設(shè)置蒙城局、懷遠(yuǎn)局上位機(jī)軟件閘門啟閉控制功能。

此外，為便于水閘集中管理和數(shù)據(jù)展示，在各基層管理所及蒙城局、懷遠(yuǎn)局控制室安裝86 寸工業(yè)級(jí)顯示器，配備信號(hào)源切換臺(tái)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視信息、上位機(jī)控制畫面的自由切換。

2.3.2 數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織、存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫，是組態(tài)軟件開發(fā)的核心?！敖M態(tài)王6.55”自帶實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫DBMS，支持與通用DBMS 鏈接。各管理所部署1 臺(tái)數(shù)據(jù)庫訪問客戶機(jī)（前置機(jī)），在前置機(jī)上安裝關(guān)系型數(shù)據(jù)庫軟件。前置機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)庫與源數(shù)據(jù)庫按一定規(guī)則同步，并經(jīng)水利專網(wǎng)同步至蒙城局、懷遠(yuǎn)局對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)?；幢贝蟮虦u河小型水閘遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 淮北大堤渦河小型水閘遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)圖

3 結(jié)語

通過對(duì)淮北大堤渦河小型水閘的集中監(jiān)視和控制，將管理范圍內(nèi)48 座水閘由傳統(tǒng)的粗放管理，改成了有序控制，對(duì)渦河水系的防洪、排澇、保護(hù)沿岸工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面將發(fā)揮巨大的作用；同時(shí)也極大減輕了基層管理人員日常運(yùn)行管理工作量，提升了水閘自動(dòng)化管理水平