自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)在插花樞紐節(jié)制閘閘門(mén)啟閉及開(kāi)度控制上的應(yīng)用效果分析

黃子軍

（阜陽(yáng)市插花樞紐工程管理所，安徽 阜陽(yáng) 236000）

1 工程概況

插花樞紐是茨淮新河第二級(jí)控制工程，工程包括節(jié)制閘和船閘及兩岸堤防等。其中節(jié)制閘為17 孔弧形鋼閘門(mén)，每孔凈寬10 m，閘門(mén)高8.85 m，設(shè)計(jì)流量為3000 m3／s，校核流量為3300 m3／s，為大（2）型水閘。工程有蓄水、分洪、排澇、灌溉、航運(yùn)以及城市供水等諸多功能。為適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需要，提高工程管理現(xiàn)代化水平，插花樞紐節(jié)制閘引進(jìn)閘門(mén)啟閉及開(kāi)度自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)，保證了閘門(mén)啟閉操作安全，提高了閘門(mén)啟閉工作效率，滿(mǎn)足防汛抗旱工作需要。

2 計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)應(yīng)用概述

插花樞紐節(jié)制閘自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)主控制室設(shè)置在節(jié)制閘二樓新建服務(wù)器機(jī)房?jī)?nèi)，地埋鋪設(shè)有靜電底板，室內(nèi)安裝有空調(diào)，保證室內(nèi)的溫濕度恒定。設(shè)有1 套公共LCU 柜，安裝有上下游水位顯示儀，機(jī)房中鋪設(shè)有互聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)線及架設(shè)防火墻路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器，配置數(shù)字KVM 集中控管系統(tǒng)[1］。

系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)軟件的升級(jí)改造，增加RTU 遠(yuǎn)程功能和流媒體采取中端，將閘門(mén)已經(jīng)安裝的視頻通過(guò)有線或無(wú)線的網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街行姆?wù)器中[2］。閘門(mén)操作人員通過(guò)系統(tǒng)APP 或網(wǎng)頁(yè)登陸到服務(wù)器，實(shí)時(shí)瀏覽查看閘門(mén)的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控情況，系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)平臺(tái)軟件運(yùn)行服務(wù)端、CS 客戶(hù)端、BS 客戶(hù)端應(yīng)用，提供操作員登錄信息、實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)、將采集到閘門(mén)開(kāi)度、水位、行程開(kāi)關(guān)狀態(tài)、斷路器和接觸器狀態(tài)等各類(lèi)設(shè)備信息給予處理后上傳給控管系統(tǒng)，通過(guò)雙重權(quán)限認(rèn)證后，實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的遠(yuǎn)程操控。

現(xiàn)地控制單元（LCU 柜）共9 套，均布置在啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，柜內(nèi)配有照明及通風(fēng)、防塵、屏蔽設(shè)施，主要監(jiān)控節(jié)制閘17孔閘門(mén)運(yùn)行，每套閘門(mén)現(xiàn)地控制單元安裝有閘門(mén)開(kāi)度、荷重顯示儀，在現(xiàn)地LCU 屏上設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制按鈕，在系統(tǒng)故障或調(diào)試、維修時(shí)能進(jìn)行閘門(mén)升降停等操作[3］。

3 自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

（1）主控室計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程啟閉閘門(mén)

客戶(hù)端之間符合C／S 結(jié)構(gòu)，為遠(yuǎn)程提供保障，部件均采用工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，可靠性高，穩(wěn)定性高。

主控室計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了管理員和操作人員權(quán)限預(yù)置，進(jìn)行閘門(mén)啟閉時(shí)，為防止非操作人員誤操作，設(shè)置有系統(tǒng)登錄界面，選中提前預(yù)置好的操作人員名單，輸入登錄密碼無(wú)誤后，才可進(jìn)行閘門(mén)啟閉操作，避免了閘門(mén)啟閉時(shí)，非操作人員的誤操作。

插花樞紐2022 年8 月13 日上午10 時(shí)36 分，接到水旱災(zāi)害防御中心閘門(mén)開(kāi)啟調(diào)度指令。由于上游泉河、黑茨河水位上漲，茨河鋪閘開(kāi)閘流量由原來(lái)的33.6 m3／s 增加到82.6 m3／s，插花樞紐節(jié)制閘原來(lái)已經(jīng)開(kāi)啟第7 孔、第9 孔閘門(mén)，每孔0.3 m、流量為34.5 m3／s，現(xiàn)需要根據(jù)上游來(lái)水量情況，開(kāi)啟閘門(mén)把閘上水位控制在27.50 m 以下，單位領(lǐng)導(dǎo)立即組織單位技術(shù)負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)機(jī)電檢查人員和操作人員趕赴節(jié)制閘做好閘門(mén)啟閉前的檢查工作，檢查配電柜的電流電壓正常，接地良好；預(yù)開(kāi)啟閘門(mén)現(xiàn)地控制單元開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)備完好，接線無(wú)松動(dòng)；啟閉機(jī)各轉(zhuǎn)動(dòng)部分、開(kāi)式齒輪無(wú)卡阻障礙物，傳動(dòng)系統(tǒng)螺桿無(wú)彎曲變形；鋼絲繩無(wú)銹蝕斷絲，線端固定牢固；電動(dòng)機(jī)周?chē)捌淇刂葡錈o(wú)異常，外殼接地良好，制動(dòng)器靈活可靠；通過(guò)LCU 屏觀察指示燈顯示正常，閘門(mén)開(kāi)度儀顯示狀態(tài)良好，閘門(mén)上無(wú)砂石、雜草、樹(shù)枝、閘門(mén)前后及河道無(wú)障礙物等，符合開(kāi)閘要求，技術(shù)負(fù)責(zé)人迅速向單位領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，填寫(xiě)閘門(mén)開(kāi)啟通知單，并下達(dá)指令給中控室操作人員，另外開(kāi)啟第5孔、第7 孔和第13 孔閘門(mén)，每孔開(kāi)啟高度為0.3 m，閘門(mén)開(kāi)啟遵循“對(duì)稱(chēng)、均勻、分檔”的原則，閘門(mén)開(kāi)啟時(shí)應(yīng)從中間向兩端對(duì)稱(chēng)開(kāi)啟。由主控制室遠(yuǎn)程操作開(kāi)啟閘門(mén)。

中控室操作人員通過(guò)預(yù)置的操作人員信息登錄自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)，首先觀察已開(kāi)啟第7 孔、第9 孔閘門(mén)水位流量變化信息、閘門(mén)抖動(dòng)正常、鋼絲繩松緊適度等運(yùn)行情況。嚴(yán)格按照閘門(mén)開(kāi)啟通知單要求首先開(kāi)啟第5 孔閘門(mén)，開(kāi)啟步驟如下：①操作人員點(diǎn)“閘門(mén)分控”圖標(biāo)，選擇需要控制的第5 號(hào)閘門(mén)編號(hào)，進(jìn)入到“閘門(mén)分控”界面。②在系統(tǒng)APP“通訊狀態(tài)顯示區(qū)”查看通訊狀態(tài)，閘門(mén)遠(yuǎn)控變?yōu)榫G色，且所有顯示數(shù)據(jù)有“?”變?yōu)閿?shù)字時(shí)，說(shuō)明轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)已由現(xiàn)地轉(zhuǎn)為遠(yuǎn)程控制，操作員可以遠(yuǎn)程操作控制閘門(mén)開(kāi)啟。③在開(kāi)度預(yù)置中輸入0.3 m。完成按“確認(rèn)”按鈕。④點(diǎn)擊“上升”按鈕啟動(dòng)閘門(mén)。如在啟動(dòng)閘門(mén)過(guò)程中停止啟閉機(jī)工作，則點(diǎn)擊“停止”按鈕。⑤在閘門(mén)開(kāi)啟的過(guò)程中，操作界面“狀態(tài)顯示區(qū)”時(shí)時(shí)顯示閘門(mén)的運(yùn)行狀態(tài)，“模擬顯示區(qū)域”時(shí)時(shí)刷新顯示當(dāng)前閘門(mén)開(kāi)度和水位流量的變化數(shù)據(jù)，并時(shí)時(shí)刷新顯示閘門(mén)的運(yùn)行動(dòng)畫(huà)。

操作人員依次再開(kāi)啟第11 孔和第13 孔閘門(mén)，開(kāi)啟過(guò)程中通過(guò)彩色顯示器對(duì)閘門(mén)啟閉及現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)視，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化軟件功能模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的圖形化人機(jī)界面，同步實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控畫(huà)面，觀察到閘上閘下水位分別有啟閉前的27.36 m、24.81 m 調(diào)整為啟閉后的27.28 m、24.86 m，過(guò)閘流量由啟閉前的34.5 m3／s 調(diào)整為啟閉后的83.9 m3／s、啟閉電壓為350 V、啟閉電流為166 A。符合閘門(mén)啟閉機(jī)電設(shè)備安全規(guī)程和閘門(mén)開(kāi)啟調(diào)度單要求。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)在閘門(mén)啟閉過(guò)程中，可根據(jù)閘門(mén)工作狀態(tài)信息、開(kāi)度數(shù)據(jù)、預(yù)警信息等自動(dòng)生成工作記錄、工作報(bào)表，可以自動(dòng)診斷故障情況，而現(xiàn)場(chǎng)值班人員只需不定期巡視即可，減少了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

（2）現(xiàn)地控制單元觸摸屏操作和手動(dòng)按鈕操作啟動(dòng)閘門(mén)

現(xiàn)地控制單元設(shè)有觸摸屏操作和手動(dòng)按鈕操作兩種啟閉方式，可互相轉(zhuǎn)換，在操作員登錄名稱(chēng)輸入正確密碼登錄確認(rèn)后，便可按照開(kāi)閘調(diào)度單進(jìn)行相應(yīng)操作。

操作人員點(diǎn)擊觸摸屏畫(huà)面中對(duì)應(yīng)的“2#控制界面”閘門(mén)，進(jìn)入到“閘門(mén)控制”界面。

第一，操作員將現(xiàn)地控制柜的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)調(diào)整到“集中”位置，在“閘門(mén)狀態(tài)”顯示區(qū)域查看通訊狀態(tài)，閘門(mén)“集中控制”變?yōu)榫G色，當(dāng)前狀態(tài)為觸摸屏控制，可以進(jìn)行閘門(mén)的集中控制操作。

第二，閘門(mén)開(kāi)啟前在“開(kāi)度預(yù)置”對(duì)話框中輸入0.3 m。完成后按“確認(rèn)”按鈕。

第三，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)診斷當(dāng)前閘門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，然后根據(jù)開(kāi)度預(yù)置的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“開(kāi)閘”操作命令，完成本次操作過(guò)程。

第四，在閘門(mén)開(kāi)啟的過(guò)程中，觸摸屏“閘門(mén)運(yùn)行狀態(tài)”顯示區(qū)域時(shí)時(shí)刷新顯示閘門(mén)的開(kāi)啟的動(dòng)畫(huà)過(guò)程，模擬顯示區(qū)刷時(shí)時(shí)新顯示閘門(mén)開(kāi)度數(shù)據(jù)，直至達(dá)到開(kāi)度預(yù)置0.3 m，閘門(mén)自動(dòng)停止，操作完成。

（3）閘門(mén)啟閉過(guò)程中，自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)的保護(hù)作用

第一，閘門(mén)啟閉中出現(xiàn)異常情況系統(tǒng)發(fā)出警告，同時(shí)啟動(dòng)現(xiàn)地和主控室內(nèi)的音響報(bào)警裝置，以聲音的形式提醒現(xiàn)場(chǎng)操作人員，并明示出故障設(shè)備和故障類(lèi)型，方便機(jī)電檢查維修人員及時(shí)處理，以免發(fā)生事故。

第二，因閘門(mén)啟閉機(jī)或起吊滑輪異物纏繞鋼絲繩等造成閘門(mén)卡阻，電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，過(guò)載保護(hù)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，避免系統(tǒng)由于工作電流過(guò)大而被燒毀。

第三，閘門(mén)高低限位設(shè)置有行程開(kāi)關(guān)，保證閘門(mén)啟閉機(jī)能夠在啟閉高度范圍內(nèi)運(yùn)行，避免安全事故發(fā)生。

第四，針對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)在上升或下降過(guò)程中有可能發(fā)生的受阻現(xiàn)象，設(shè)置了閘門(mén)過(guò)力矩保護(hù)，時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)閘門(mén)在上升和下降時(shí)的力矩?cái)?shù)據(jù)，保證閘門(mén)在正常的啟閉范圍內(nèi)運(yùn)行，避免因超載而對(duì)閘門(mén)及啟閉設(shè)備帶來(lái)?yè)p害。

第五，為了防止過(guò)電壓對(duì)啟閉設(shè)備的正常運(yùn)行造成威脅，系統(tǒng)對(duì)啟閉機(jī)的電機(jī)三相供電電壓設(shè)置了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦某一相電壓超出正常工作范圍，系統(tǒng)將自動(dòng)切斷電機(jī)三相電源，以保證電機(jī)的安全運(yùn)行。

（4）在主控制室操作員工作站通過(guò)圖像監(jiān)測(cè)采集到的閘門(mén)啟閉機(jī)故障報(bào)警信息處置方法

因鋼絲繩過(guò)松或者鋼絲繩不平衡，致使閘門(mén)傾斜、抖動(dòng)，不能正常工作，處置步驟：

①根據(jù)視頻及傳感器反饋的信息，由單位技術(shù)負(fù)責(zé)人指揮機(jī)電維修小組及相關(guān)技術(shù)人員赴現(xiàn)場(chǎng)，查看分析卡阻原因，實(shí)施對(duì)卡阻閘門(mén)進(jìn)行復(fù)位前的準(zhǔn)備工作，啟閉運(yùn)行人員調(diào)整相關(guān)閘門(mén)開(kāi)度，使現(xiàn)場(chǎng)具備復(fù)位的作業(yè)條件；②機(jī)電維修人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量閘門(mén)兩側(cè)偏差值，并與開(kāi)度儀表顯示數(shù)據(jù)對(duì)比，確定閘門(mén)門(mén)體偏差實(shí)際值；③機(jī)電維修負(fù)責(zé)調(diào)整行程開(kāi)關(guān)，并有專(zhuān)人負(fù)責(zé)監(jiān)視閘門(mén)啟閉機(jī)工況、調(diào)整至閘門(mén)兩側(cè)鋼絲繩平衡后，手動(dòng)操作開(kāi)啟閘門(mén)至最大開(kāi)度后全關(guān)。反復(fù)實(shí)施二次操作，確保門(mén)體無(wú)卡阻現(xiàn)象后，全關(guān)此閘門(mén)。

主控室開(kāi)啟閘門(mén)時(shí)，信息反饋現(xiàn)地控制單元LCU 柜內(nèi)交流接觸器通電不吸合，處置步驟：

①技術(shù)負(fù)責(zé)人指揮機(jī)電維修小組人員及相關(guān)技術(shù)人員赴現(xiàn)場(chǎng)，查看分析原因發(fā)現(xiàn)控制回路有電壓，交流接觸器不動(dòng)作，電氣技術(shù)人員認(rèn)為可能是線圈本身開(kāi)路，用萬(wàn)用表歐姆檔進(jìn)行測(cè)量，如果是螺栓松脫，應(yīng)予緊固，線圈斷線，應(yīng)更換線圈，必要時(shí)應(yīng)更換交流接觸器；

②機(jī)電維修小組做好交流接觸器常閉常開(kāi)觸點(diǎn)及控制回路的恢復(fù)工作，主控室及維修現(xiàn)場(chǎng)有專(zhuān)人做好安全監(jiān)視工作；③維修結(jié)束后要認(rèn)真清理現(xiàn)場(chǎng)工器具，通過(guò)現(xiàn)地控制單元手動(dòng)控制、觸摸屏控制及主控制室遠(yuǎn)程控制進(jìn)行閘門(mén)啟閉機(jī)試運(yùn)行，期間應(yīng)注意機(jī)電維修人員及操作人員的安全防護(hù)，技術(shù)負(fù)責(zé)人及機(jī)電維修小組驗(yàn)收簽字確認(rèn)；對(duì)于故障信息處理，主控制室彩色顯示器實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備故障及現(xiàn)場(chǎng)維修故障的排除過(guò)程和歷時(shí)并生成畫(huà)面和報(bào)表留存，并且保證了任一現(xiàn)地控制單元故障，不影響其他現(xiàn)地控制單元及整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)正常工作。

總之，插花樞紐節(jié)制閘閘門(mén)啟閉操作時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)通過(guò)圖像監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控（電壓、電流、頻率、斷路器分合狀態(tài)等）監(jiān)測(cè)或監(jiān)控閘門(mén)操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及閘門(mén)啟閉機(jī)周?chē)ぷ鳝h(huán)境狀況，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以判斷故障位置，還可以根據(jù)傳感器獲取的異常數(shù)據(jù)，分析判斷產(chǎn)生故障的根本原因，值班人員立即查看設(shè)備狀態(tài)并進(jìn)行檢修，保證閘門(mén)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)論及建議

隨著計(jì)算機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)在插花樞紐節(jié)制閘閘門(mén)啟閉及開(kāi)度控制上的應(yīng)用，在未來(lái)還需要加強(qiáng)對(duì)該系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備技術(shù)的創(chuàng)新，進(jìn)一步提升自動(dòng)化監(jiān)控控制系統(tǒng)應(yīng)用效果操作效率，實(shí)現(xiàn)更加安全、可靠的閘門(mén)啟閉及開(kāi)度控制的操作系統(tǒng)集成管理。