遼寧大伙房渾河閘數字化閘壩監控系統研究應用

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研究院 遼寧 沈陽 110003）

水閘工程是我國重要的水利基礎設施之一。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、航運和供水等方面發揮了巨大的經濟效益和社會效益。長期以來，水閘工程的管理基礎較為薄弱，主要體現在：管理手段落后、管理機制不健全，各級水行政主管部門不能有效掌握所轄范圍內的水閘運行管理情況和存在的主要問題，從而難以實施有效管理和科學決策。另外由于缺乏成熟有效的運行及安全監測手段，不能及時發現安全問題及隱患，導致水閘老化失修嚴重。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完成。全國范圍內的水閘除險加固和更新改造工作即將全面展開。但是應該看到，僅靠工程除險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，還是安全監測與管理手段的落后。經調查和檢索發現，目前我國水閘的安全監測設計工程實例和研究成果較少，而且尚無水閘的安全評價體系的統一標準與規范。因此有必要深入開展水閘安全監測分析評價相關技術研究，為提高水閘工程安全管理水平提供技術保障。

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后謨家堡村。渾河閘是沈陽城市防洪的出口控制斷面，擔負著沈陽城市的防洪任務，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水閘、渾蒲進水閘和攔河閘等。渾沙進水閘和渾蒲進水閘各3孔，配套固定卷揚啟閉機，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，為實現大伙房水庫與渾河閘之間優化調度管理提供理論依據和決策手段，需建設一套安全、穩定、可靠的自動化系統。另外，因渾河閘地處市郊，經常發生設施被盜現象，所以安裝一套紅外線報警系統，有助于安全防護。

數字化閘壩監控系統下設7個子系統，包括閘門監控子系統、視頻監視子系統、水文自動測報子系統、水工建筑物安全監測子系統、大屏幕系統、通訊子系統和紅外線報警系統，建設管理處局域網，并與internet外網相連。

2 技術特點

數字化閘壩監控系統的關鍵技術研究與應用技術成果是在實際應用的基礎上完成的。成果擁有大量的基礎研究工作作為支撐，具有實用、創新的特點。

本成果結合水閘特點，構建了集水閘自動控制系統、安全監測分析評價系統、閘體外部變形遠程測控系統為一體的數字化管理平臺。

本成果獲得2013年遼寧省撫順市科技進步一等獎。

3 系統功能結構

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

3.1 閘門監控系統

閘門控制方式設置兩種，一種為現地常規控制，另一種為微機監控，擋水閘設置動力控制箱，閘門控制采用一對一控制，控制設備安裝在現地控制箱內。在動力控制箱上設置轉換開關，可進行現地和遠程PLC控制的轉換。另外，在現地還設置閘門高度及閘門荷重指示器，現地PLC通過串行通訊接口將閘門開度、閘門荷重、啟閉機故障信號、啟閉機及閘門運行狀態等信息傳輸到中控室上位機，上位機發出的閘門操作指令也可通過串行通訊接口傳輸到現場PLC控制單元，從而實現閘門的集中監控管理功能。集中控制部分設置一套IPC與泄洪閘卷揚啟閉機現地網絡聯結，進行數據收集與傳輸，集中監控系統網絡采用高可靠配置。集中控制室內設置操作員站，擔負閘門群的監控任務。操作員站可以正常工作擔負閘門群的監控任務，同時也可擔負監視、學習培訓、軟件開發及文本文件管理等任務；另設一臺服務器可實現通訊、打印功能。泄洪閘集中控制系統在其服務器設有串行通訊卡，用于與管理處原有的上位系統聯網通訊。

閘門自動化系統在現地手動控制系統的基礎上增加了下位機（PLC）和（上位機）計算機自動監控系統，以確保閘門安全運行的可靠性及自動化監控的水平。遠端計算機自動監控系統是在現地手動控制系統的基礎上建立的，它與遠端手動系統平行對接。

圖1 視頻監控系統結構示意圖

3.2 視頻監控系統

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

3.3 水文自動測報系統

本系統建設覆蓋了在大伙房～渾河閘區間建設的無人值守遙測水文站6個，系統自動實時采集水文數據，并通過GPRS移動通信信道將水情信息雙發至大伙房水庫管理局及渾河閘管理處，中心站主機對原始資料進行采集處理、檢索和糾錯。根據系統采集的實時數據，做出洪水預報，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警、鍵盤輸入資料以及向外傳送水情信息的功能，并根據各站狀態信號判斷各站工作情況。

3.4 閘壩安全監測系統

渾河閘安全監測系統充分運用采集信息，結合自動化安全監測的特點，系統由系統管理、測點管理、數據監測、數據分析、數據報表和值班日記等子系統組成，系統功能結構圖如圖2所示。

圖2 系統功能結構圖

3.5 通訊系統

系統通訊方式為租用公網通訊方式，帶寬為2M。通訊系統應能實現渾河閘管理處與遼寧水利信息網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，系統內的所有監控數據、圖像的信息傳輸應可靠暢通。

3.6 大屏幕系統

大屏幕系統主要用來顯示各應用系統的視頻、計算機信號等。需要顯示的視頻信號包括視頻監控系統信號，需要顯示的計算機信號包括閘門監控系統、安全監測系統、水情自動測報系統以及其它各類計算機信號2～4路，為防洪防汛、信息決策提供平臺。

3.7 紅外報警系統

系統防護區域為28孔閘門的啟閉機室以及左右岸橋頭堡。在經常有人出入的通道口(位置由需方指定)安裝15個無線紅外報警探頭，報警主機安裝在右岸橋頭堡值班室，報警信號可同時傳至渾河閘管理處辦公樓內。

4 結語

數字化閘壩監控系統是一項系統工程，系統的成功在于各子系統的有效結合，系統的研究充分利用了水利技術、自動化技術、信息技術及統計學等各方面知識。通過對各種技術的研究與應用可以確定，系統的設計方案是科學合理的，系統開發是成功的。新系統的運行將對遼寧大伙房渾河閘的水閘監控工作提供直觀、穩定、高效的支持。陜西水利

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