自動化監(jiān)控系統(tǒng)在江蘇大豐四卯酉閘的應(yīng)用

周建華　顧曉銘　董海鵬

摘要：王港閘位于江蘇省大豐市境內(nèi)四卯酉河上，屬國家大中型沿海擋潮閘。該閘建成于1977年7月，為鋼筋式結(jié)構(gòu)，總寬69.5米，設(shè)有11孔，其中第1孔為通航孔，凈寬8米，其余10孔為泄水擋潮孔，每孔凈寬為5米，總凈寬58米，設(shè)計(jì)最大流量818立方米/秒，日平均流量290立方米/秒。該閘為保證大豐市乃至里下河地區(qū)防洪安全和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定、高速發(fā)展發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：自動化；系統(tǒng)

該閘原先的控制方式為現(xiàn)場就地式，每次閘門啟閉需多名管理人員在啟閉室內(nèi)來回奔波逐臺操作，工作強(qiáng)度大、操作復(fù)雜，不但費(fèi)神費(fèi)力，而且極易發(fā)生誤操作現(xiàn)象，為適應(yīng)沿海擋潮泄洪閘管理現(xiàn)代化、科學(xué)化的要求，提高工程設(shè)施運(yùn)行管理水平，確保涵閘的安全運(yùn)行，在2007年除險(xiǎn)加固工程中實(shí)施了閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目，該系統(tǒng)具有安全、可靠、先進(jìn)、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，自2007年5月投運(yùn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行一直正常，符合沿海擋潮泄洪閘工況，取得了良好的效果。

1 自動化改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大豐市四卯酉閘自動化改造按照閘門啟閉現(xiàn)代化的原則設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)由四卯酉閘計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)組成，監(jiān)控室設(shè)兩臺工程機(jī)，一臺用于監(jiān)視現(xiàn)場，可在第一時間內(nèi)近距離監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況；另一臺用于閘門啟閉及其他設(shè)備的控制。為保證閘門安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)中還提供手動控制和自動控制兩種方式。

1．1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件功能

測量與控制。對上、下游水位實(shí)時自動測量；閘門高度實(shí)時自動測量；閘門開度自動與手動控制；實(shí)時巡測每臺啟閉機(jī)工作狀態(tài)、雨量、潮位實(shí)時測量。

顯示。圖形化顯示各實(shí)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，顯示閘門運(yùn)行工況，全面顯示閘門電氣運(yùn)行工況，顯示一次回路各交流接觸器開關(guān)分合狀態(tài)（對現(xiàn)場異常情況進(jìn)行分析、判斷發(fā)生故障原因，并發(fā)聲光報(bào)警信號），顯示故障情況，顯示參數(shù)設(shè)置。閘門高度和上、下游水位現(xiàn)場顯示，圖表顯示所有數(shù)據(jù)。

記錄。閘門啟閉時對所測流量數(shù)據(jù)和閘開度、水位每隔一定時間保存一組，閘門關(guān)閉時水位按設(shè)定的時間間隔測量，并帶時存入數(shù)據(jù)庫，在閘門啟閉時記錄啟閉運(yùn)作和啟閉前后狀態(tài)，記錄報(bào)警情況，打印各種實(shí)時、歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及報(bào)警情況。

網(wǎng)絡(luò)傳輸。具有與上級管理部門進(jìn)行光纖接口，在接受上級管理部門的調(diào)度、控制同時發(fā)送本閘實(shí)時信息。

1．2 界面與報(bào)表

監(jiān)控界面圖形說明：系統(tǒng)主界面：以王港閘全景圖為背景；全閘監(jiān)控：11孔閘門位置圖形顯示；閘門監(jiān)視：除含有該孔閘門的位置圖形和開度數(shù)據(jù)顯示外，還設(shè)有“開閘”、“關(guān)閘”、“停止”3個模擬操作按鈕和“上升”“下降”2個運(yùn)行指示燈，在輸入口令正確的情況下，還可設(shè)定上升或下降預(yù)置值，控制該閘門上升或下降到某一預(yù)設(shè)的開度值；流量顯示：按日、月、季、年顯示流量曲線和相關(guān)數(shù)據(jù)，給定時段內(nèi)的累計(jì)進(jìn)、退水量；水位顯示：顯示當(dāng)前上、下游水位值；電氣參量顯示：顯示每臺啟閉機(jī)的電流值和開關(guān)的分合狀態(tài)；故障顯示：顯示當(dāng)前各孔閘門開度值，各孔閘門故障（不到位，越限等）的統(tǒng)計(jì)記錄，同時還能顯示給定段內(nèi)的各次故障記錄值；參數(shù)設(shè)置：不同操作人員擁有不同的密碼，密碼分為兩級，維護(hù)級人員在輸密碼和口令正確的情況下，可對各種參數(shù)進(jìn)行預(yù)置，對閘門開度進(jìn)行預(yù)置及啟閉操作。

1．3 編程原則

本系統(tǒng)軟件平臺window2000，編程語言為VB6.0，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)語言為SQL SERVER6.0。

編程內(nèi)容：動態(tài)顯示閘門運(yùn)行；圖形化顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)；實(shí)時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)趨勢；預(yù)置和隨機(jī)設(shè)置閘門啟閉控制；實(shí)時日、月報(bào)表；建立數(shù)據(jù)庫；信息打印、圖表輸出；電氣參數(shù)圖；異常情況報(bào)警及分析記錄。

1．4 傳輸與通信

傳感器信號傳輸。上、下游水位、閘門傳感器由標(biāo)準(zhǔn)直流電壓信號控制，格雷碼反饋信號傳輸經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線測量后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號，直接得到上、下游水位值和閘門開度。

閘門操作機(jī)構(gòu)信號傳輸。閘門測控終端直流繼電器輸出開關(guān)量信號，驅(qū)動中間繼電器，控制開關(guān)柜中的交流接觸器使啟閉機(jī)動作。

通訊總線的數(shù)據(jù)通信。通信系統(tǒng)支持交互通信方式，各工作終端采用掛接式人通訊網(wǎng)絡(luò)。傳輸介質(zhì)選用雙絞線和同軸線，各終端與上位機(jī)采用RS485通訊總線，冗余式傳輸網(wǎng)絡(luò)，通信系統(tǒng)發(fā)生故障自動報(bào)警。

計(jì)算機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)硬盤錄像監(jiān)控管理系統(tǒng)，共設(shè)13個監(jiān)控點(diǎn)。機(jī)房11臺啟閉機(jī)設(shè)一臺全方位彩色變焦攝像機(jī)，對啟閉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；工作橋下設(shè)2臺彩色變焦攝像機(jī)，對各擋潮泄洪孔情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控；閘上、下游各設(shè)1臺全方位彩色變焦攝像機(jī)，對閘上、下游過往船只通航現(xiàn)狀及閘上、下游水流形態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能進(jìn)行8通道、長時間、連續(xù)視頻錄像至硬盤保存，視頻攝像清晰度≥400線，視頻攝像最低照度0.2Lux，可以隨時查看歷史錄像，并可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行視頻監(jiān)控功能。

2 控制系統(tǒng)

系統(tǒng)配置研華IPC610工控機(jī)，CPU≥2.8G，500G雙硬盤，可觸摸式屏，HP激光打印機(jī)，山特在線不間斷電源各一件。

改造后的控制系統(tǒng)分5個部分，由水位測量、閘門控制、啟閉機(jī)電量測量和遠(yuǎn)程控制4模塊組成，置于監(jiān)控室。

2.1 水位測量模塊

SWC-B水位測量儀，接觸式編碼，流水作業(yè)閏升降的同時同步帶動現(xiàn)場水中浮子升降，浮子升降后的位置使浮子式水位傳感器得到一模擬信號，經(jīng)內(nèi)部遠(yuǎn)件轉(zhuǎn)換為4-20ma的電信號，功能模塊將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，使水位在水位測量儀上準(zhǔn)確反映并及時傳輸給微機(jī)。

主要技術(shù)數(shù)據(jù)：水位變幅：0-80m；通信接口：rs422 rs232；水位變率：≤80cm/min；警戒水位預(yù)置，越限自動聲光報(bào)警；顯示位數(shù)：五位紅色LED顯示。

2.2 閘門測控模塊

DZK-B閘門測控儀現(xiàn)場測控，由接觸碼盤式閘門傳感器傳遞4-20ma的電信號入功能模塊，功能模塊將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，傳感器通過傳動齒輪與啟閉機(jī)主軸或主令開關(guān)聯(lián)結(jié)，閘位計(jì)輸出琥比于閘門開度的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場安裝，可現(xiàn)地手動控制也可通過功能模塊下達(dá)指令實(shí)施遠(yuǎn)方控制。

主要技術(shù)數(shù)據(jù)：測量范圍：0-40m；分辨率:1cm；通訊接口:rS422；顯示位數(shù):4位led顯示；控制觸點(diǎn):10A28VDC/7A 240V AC；報(bào)警方式：內(nèi)置蜂鳴器或外接電鈴。

2.3 啟閉機(jī)電量測量模塊

CD19系列設(shè)備具有計(jì)算機(jī)通信接口輸出4-20ma電信號，經(jīng)功能模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過RS485串行通信總線與上位機(jī)通信，及時傳送電氣參數(shù)信息。開關(guān)量的測量采用ADAM模塊，通過RS485接口直接與上位機(jī)通訊。

2.4 遠(yuǎn)程控制模塊

采用威達(dá)工控開放型嵌入式控制器--牛頓一線通，通過功能模塊外附加的控制繼電器控制相關(guān)的啟閉機(jī)電源開關(guān)，通過微機(jī)化操作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的綜合自動控制。模塊不僅能實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控室內(nèi)對受控設(shè)備的控制，還可通過無線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離的自動控制化控制。

3 防雷保護(hù)系統(tǒng)

處于雷電多發(fā)地區(qū)的王港閘，為避免監(jiān)控系統(tǒng)遭受雷電的破壞，采取如下防護(hù)措施：

3.1 環(huán)境防雷：完善閘壩避雷針、避雷帶以及地網(wǎng)系統(tǒng)，防止直擊雷的破壞；

3.2 動力電源防雷：在電源總?cè)肟谔幍娜鄤恿€上，安裝大電流“電源防浪涌保護(hù)器”，防止直擊雷或感應(yīng)雷經(jīng)動力電源線串入監(jiān)控系統(tǒng)；

3.3 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)防雷：在數(shù)據(jù)線接口處加裝“數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)避雷器”，裸露于室外的設(shè)備外殼加屏蔽罩并可靠接地。

結(jié)語

本系統(tǒng)具有安全可靠性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和易操作與維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，投運(yùn)一年多來，系統(tǒng)運(yùn)行一切正常，對各頻繁開啟的沿海擋潮泄洪閘具有一定的推廣價(jià)值。