遼寧大伙房渾河閘數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)研究應(yīng)用

孫德升 劉仔旭

（1.遼寧省大伙房水庫管理局 遼寧 撫順 113007；2.遼寧省水利水電科學(xué)研究院 遼寧 沈陽 110003）

水閘工程是我國重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施之一。新中國成立五十多年來，修建了約5萬余座水閘，其中大型水閘486座，中型水閘3270座、小型水閘約4.7萬座。遼寧省五十年來共修建水閘約2000多座，其中大型水閘60余座，中型水閘160余座，小型水閘約2200余座。這些水閘在防洪、灌溉、排澇、航運(yùn)和供水等方面發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。長期以來，水閘工程的管理基礎(chǔ)較為薄弱，主要體現(xiàn)在：管理手段落后、管理機(jī)制不健全，各級水行政主管部門不能有效掌握所轄范圍內(nèi)的水閘運(yùn)行管理情況和存在的主要問題，從而難以實(shí)施有效管理和科學(xué)決策。另外由于缺乏成熟有效的運(yùn)行及安全監(jiān)測手段，不能及時發(fā)現(xiàn)安全問題及隱患，導(dǎo)致水閘老化失修嚴(yán)重。目前，國家正在組織力量開展全國水閘安全普查工作，陜西省安全普查工作已經(jīng)完成。全國范圍內(nèi)的水閘除險(xiǎn)加固和更新改造工作即將全面展開。但是應(yīng)該看到，僅靠工程除險(xiǎn)加固無法根本解決我國量大面廣的眾多水閘安全隱患。造成目前水閘安全整體薄弱的根本原因，還是安全監(jiān)測與管理手段的落后。經(jīng)調(diào)查和檢索發(fā)現(xiàn)，目前我國水閘的安全監(jiān)測設(shè)計(jì)工程實(shí)例和研究成果較少，而且尚無水閘的安全評價體系的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。因此有必要深入開展水閘安全監(jiān)測分析評價相關(guān)技術(shù)研究，為提高水閘工程安全管理水平提供技術(shù)保障。

1 工程概況

渾河閘（亦稱謨家堡閘）位于渾河中下游，距大伙房水庫75km，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村。渾河閘是沈陽城市防洪的出口控制斷面，擔(dān)負(fù)著沈陽城市的防洪任務(wù)，是渾河沈陽城市防洪體系的一個重要組成部分。主要水工建筑物有渾沙進(jìn)水閘、渾蒲進(jìn)水閘和攔河閘等。渾沙進(jìn)水閘和渾蒲進(jìn)水閘各3孔，配套固定卷揚(yáng)啟閉機(jī)，檢修閘門共1孔，為雙鉤電動葫蘆。渾河閘上級主管部門為遼寧省大伙房水庫管理局，為提高渾河閘自動化水平和綜合管理能力，為實(shí)現(xiàn)大伙房水庫與渾河閘之間優(yōu)化調(diào)度管理提供理論依據(jù)和決策手段，需建設(shè)一套安全、穩(wěn)定、可靠的自動化系統(tǒng)。另外，因渾河閘地處市郊，經(jīng)常發(fā)生設(shè)施被盜現(xiàn)象，所以安裝一套紅外線報(bào)警系統(tǒng)，有助于安全防護(hù)。

數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)下設(shè)7個子系統(tǒng)，包括閘門監(jiān)控子系統(tǒng)、視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、水文自動測報(bào)子系統(tǒng)、水工建筑物安全監(jiān)測子系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)、通訊子系統(tǒng)和紅外線報(bào)警系統(tǒng)，建設(shè)管理處局域網(wǎng)，并與internet外網(wǎng)相連。

2 技術(shù)特點(diǎn)

數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用技術(shù)成果是在實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)上完成的。成果擁有大量的基礎(chǔ)研究工作作為支撐，具有實(shí)用、創(chuàng)新的特點(diǎn)。

本成果結(jié)合水閘特點(diǎn)，構(gòu)建了集水閘自動控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測分析評價系統(tǒng)、閘體外部變形遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)為一體的數(shù)字化管理平臺。

本成果獲得2013年遼寧省撫順市科技進(jìn)步一等獎。

3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

渾河閘數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)充分運(yùn)用采集到的信息，對水閘監(jiān)控工作進(jìn)行全面的自動化、信息化的支持。結(jié)合水閘自動化安全監(jiān)控的特點(diǎn)，充分運(yùn)用各種工程施工技術(shù)，建立了一套具有先進(jìn)性、可靠性、通用性和可擴(kuò)充性的數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)。下面針對幾個主要組成部分進(jìn)行介紹。

3.1 閘門監(jiān)控系統(tǒng)

閘門控制方式設(shè)置兩種，一種為現(xiàn)地常規(guī)控制，另一種為微機(jī)監(jiān)控，擋水閘設(shè)置動力控制箱，閘門控制采用一對一控制，控制設(shè)備安裝在現(xiàn)地控制箱內(nèi)。在動力控制箱上設(shè)置轉(zhuǎn)換開關(guān)，可進(jìn)行現(xiàn)地和遠(yuǎn)程PLC控制的轉(zhuǎn)換。另外，在現(xiàn)地還設(shè)置閘門高度及閘門荷重指示器，現(xiàn)地PLC通過串行通訊接口將閘門開度、閘門荷重、啟閉機(jī)故障信號、啟閉機(jī)及閘門運(yùn)行狀態(tài)等信息傳輸?shù)街锌厥疑衔粰C(jī)，上位機(jī)發(fā)出的閘門操作指令也可通過串行通訊接口傳輸?shù)浆F(xiàn)場PLC控制單元，從而實(shí)現(xiàn)閘門的集中監(jiān)控管理功能。集中控制部分設(shè)置一套IPC與泄洪閘卷揚(yáng)啟閉機(jī)現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與傳輸，集中監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用高可靠配置。集中控制室內(nèi)設(shè)置操作員站，擔(dān)負(fù)閘門群的監(jiān)控任務(wù)。操作員站可以正常工作擔(dān)負(fù)閘門群的監(jiān)控任務(wù)，同時也可擔(dān)負(fù)監(jiān)視、學(xué)習(xí)培訓(xùn)、軟件開發(fā)及文本文件管理等任務(wù)；另設(shè)一臺服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)通訊、打印功能。泄洪閘集中控制系統(tǒng)在其服務(wù)器設(shè)有串行通訊卡，用于與管理處原有的上位系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通訊。

閘門自動化系統(tǒng)在現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了下位機(jī)（PLC）和（上位機(jī)）計(jì)算機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)，以確保閘門安全運(yùn)行的可靠性及自動化監(jiān)控的水平。遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)自動監(jiān)控系統(tǒng)是在現(xiàn)地手動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，它與遠(yuǎn)端手動系統(tǒng)平行對接。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)共設(shè)置10個視頻點(diǎn)，監(jiān)控中心設(shè)在渾河閘辦公樓內(nèi)，前端設(shè)備以監(jiān)視渾河閘上下游全貌以及啟閉機(jī)室安全防護(hù)為布設(shè)原則，樞紐建筑物有22孔攔河閘、3孔渾沙進(jìn)水閘門和3孔渾蒲進(jìn)水閘門。所有信號傳輸都采用前端編碼傳輸方式，系統(tǒng)通過前端攝像設(shè)備捕獲現(xiàn)場畫面，通過視頻電纜將各視頻模擬信號送入硬盤錄像機(jī)上，硬盤錄像機(jī)設(shè)置在右岸橋頭堡值班室內(nèi)，在值班室通過硬盤錄像機(jī)對前方攝像單元進(jìn)行全方位控制，控制鏡頭的變焦、聚焦和光圈，控制電動云臺的上、下、左、右運(yùn)動。視頻信號通過光纜傳送至渾河閘管理處內(nèi)，通過視頻服務(wù)器在大屏幕上進(jìn)行觀看。

3.3 水文自動測報(bào)系統(tǒng)

本系統(tǒng)建設(shè)覆蓋了在大伙房～渾河閘區(qū)間建設(shè)的無人值守遙測水文站6個，系統(tǒng)自動實(shí)時采集水文數(shù)據(jù)，并通過GPRS移動通信信道將水情信息雙發(fā)至大伙房水庫管理局及渾河閘管理處，中心站主機(jī)對原始資料進(jìn)行采集處理、檢索和糾錯。根據(jù)系統(tǒng)采集的實(shí)時數(shù)據(jù)，做出洪水預(yù)報(bào)，并顯示打印和繪制各類水文圖表。同時還具有水文要素超限和事故報(bào)警、鍵盤輸入資料以及向外傳送水情信息的功能，并根據(jù)各站狀態(tài)信號判斷各站工作情況。

3.4 閘壩安全監(jiān)測系統(tǒng)

渾河閘安全監(jiān)測系統(tǒng)充分運(yùn)用采集信息，結(jié)合自動化安全監(jiān)測的特點(diǎn)，系統(tǒng)由系統(tǒng)管理、測點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報(bào)表和值班日記等子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.5 通訊系統(tǒng)

系統(tǒng)通訊方式為租用公網(wǎng)通訊方式，帶寬為2M。通訊系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)渾河閘管理處與遼寧水利信息網(wǎng)之間的信息交換和信息傳輸，通訊接口為渾河閘管理處與遼寧省水利廳，系統(tǒng)內(nèi)的所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、圖像的信息傳輸應(yīng)可靠暢通。

3.6 大屏幕系統(tǒng)

大屏幕系統(tǒng)主要用來顯示各應(yīng)用系統(tǒng)的視頻、計(jì)算機(jī)信號等。需要顯示的視頻信號包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)信號，需要顯示的計(jì)算機(jī)信號包括閘門監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、水情自動測報(bào)系統(tǒng)以及其它各類計(jì)算機(jī)信號2～4路，為防洪防汛、信息決策提供平臺。

3.7 紅外報(bào)警系統(tǒng)

系統(tǒng)防護(hù)區(qū)域?yàn)?8孔閘門的啟閉機(jī)室以及左右岸橋頭堡。在經(jīng)常有人出入的通道口(位置由需方指定)安裝15個無線紅外報(bào)警探頭，報(bào)警主機(jī)安裝在右岸橋頭堡值班室，報(bào)警信號可同時傳至渾河閘管理處辦公樓內(nèi)。

4 結(jié)語

數(shù)字化閘壩監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，系統(tǒng)的成功在于各子系統(tǒng)的有效結(jié)合，系統(tǒng)的研究充分利用了水利技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)及統(tǒng)計(jì)學(xué)等各方面知識。通過對各種技術(shù)的研究與應(yīng)用可以確定，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是科學(xué)合理的，系統(tǒng)開發(fā)是成功的。新系統(tǒng)的運(yùn)行將對遼寧大伙房渾河閘的水閘監(jiān)控工作提供直觀、穩(wěn)定、高效的支持。陜西水利

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