淺談水利船閘自動(dòng)化系統(tǒng)

李 曼 葉建光 徐 瑋

(江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223005)

淺談水利船閘自動(dòng)化系統(tǒng)

李 曼 葉建光 徐 瑋

(江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223005)

鹽河北閘管理所集防洪、灌溉、航運(yùn)功能于一體，日常工作中航運(yùn)占大部分。隨著時(shí)代的進(jìn)步，該所為方便航運(yùn)工作的開展，安裝了一套自動(dòng)化系統(tǒng)，包括收費(fèi)、開關(guān)閘、安防監(jiān)控3個(gè)部分，現(xiàn)對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)分析。該系統(tǒng)在使用過(guò)程中既節(jié)省了人力，又提高了工作效率，同時(shí)也能很好地保障日常工作的正常開展。

自動(dòng)化系統(tǒng)；收費(fèi)；開關(guān)閘；安防監(jiān)控

0 引言

鹽河北閘位于灌云縣侍莊鄉(xiāng)境內(nèi)的新沂河北大堤上(92.3 km處)，與鹽河南閘共同構(gòu)成了鹽河穿過(guò)新沂河的航道，航道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅴ級(jí)，是集防洪、灌溉、航運(yùn)功能于一體的綜合性水利工程。該閘始建于1970年10月，加固于1998年11月，1999年6月加固完畢。

鹽河北閘老式的工作模式為：船只到達(dá)停泊區(qū)后船民上岸來(lái)到距離較遠(yuǎn)的收費(fèi)大廳登記繳費(fèi)，收費(fèi)人員憑借船民手中的船只登記簿進(jìn)行人工收費(fèi)并交予收費(fèi)憑證。收費(fèi)完成后，收費(fèi)人員通知調(diào)度人員開閘放船。調(diào)度人員根據(jù)當(dāng)時(shí)的水情、船情，指揮上下閘首閘門運(yùn)行工開關(guān)閘，指揮船民過(guò)閘。船只過(guò)閘時(shí)船民還要向驗(yàn)票人員出示繳費(fèi)憑證。停泊、登記、操作、調(diào)度、過(guò)閘，每個(gè)環(huán)節(jié)都繁瑣復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間。為方便航運(yùn)工作的順利開展，鹽河北閘管理所現(xiàn)使用一套自動(dòng)化系統(tǒng)，包括收費(fèi)、開關(guān)閘、安防監(jiān)控3個(gè)部分。

1 自動(dòng)化系統(tǒng)介紹

過(guò)往船只通過(guò)船閘需登記繳費(fèi)，以往的人工登記速度慢、效率低，并且容易出錯(cuò)。船民由于急于過(guò)閘，在漫長(zhǎng)的等待中，容易跟其他船民或者工作人員發(fā)生矛盾。

鹽河北閘通航時(shí)調(diào)度人員統(tǒng)一調(diào)度，需要掌握大量的信息，如水位、閘門開高等，從而做出正確的安排，指揮上下閘首閘門運(yùn)行工開關(guān)閘，指揮船民有序進(jìn)閘、停泊、固定、出閘。期間一系列事情必須井然有序、有條不紊，稍不注意就很容易出事。

鑒于以上原因，為方便通航工作及廣大船民，我處結(jié)合北閘實(shí)際情況編寫了一套自動(dòng)化收費(fèi)程序，設(shè)計(jì)安裝了自動(dòng)化開關(guān)閘系統(tǒng)。

水利行業(yè)工作人員較少，所管面積較大，船閘人流量大，很難顧全船閘的方方面面，船閘單位與過(guò)往船民打交道，又牽涉到收費(fèi)問(wèn)題，因此鹽河北閘設(shè)計(jì)了安防監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)監(jiān)控設(shè)備既監(jiān)督了工作人員的工作，也能保護(hù)工作人員，使收費(fèi)工作公開化。同時(shí)通過(guò)安防監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員能實(shí)時(shí)地觀察到上下游船只的停泊情況及船只通航過(guò)程，及時(shí)做出合理的安排。

如圖1所示，自動(dòng)化控制室裝有PLC控制柜、通信網(wǎng)絡(luò)和3個(gè)操作平臺(tái)，啟閉機(jī)房安裝開關(guān)閘控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，啟閉機(jī)房、上下游河道、閘室、閘門等處安裝監(jiān)控設(shè)備。

圖1 鹽河北閘自動(dòng)化系統(tǒng)布置圖

自動(dòng)化控制需要3個(gè)操作平臺(tái)，在控制室內(nèi)安裝3臺(tái)專用電腦，1臺(tái)完成自動(dòng)化收費(fèi)，1臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)化開關(guān)閘控制，1臺(tái)實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控視頻。如圖2所示，操作人員使用操作平臺(tái)收取過(guò)閘費(fèi)用，通過(guò)安防監(jiān)控視頻觀察上下游船只數(shù)量，確認(rèn)船只全部登記后，利用操作平臺(tái)讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，合理安排船只過(guò)閘。

圖2 鹽河北閘自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 自動(dòng)化收費(fèi)

以往的人工收費(fèi)最大的問(wèn)題就是信息混亂，所收費(fèi)用計(jì)算繁雜，提供票據(jù)手續(xù)繁瑣。為此，自動(dòng)化收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)置了專有信息庫(kù)，利用收費(fèi)操作平臺(tái)調(diào)出數(shù)據(jù)，收取費(fèi)用后打印收費(fèi)憑證。

2.1 信息庫(kù)

我們建立了收費(fèi)信息庫(kù)，把來(lái)往船只逐一編號(hào)，把噸位、船主姓名、船號(hào)等信息詳細(xì)記錄在冊(cè)。在登記時(shí)，船民只需報(bào)出船的編號(hào)或者船號(hào)，電腦就可以自動(dòng)查詢出船的信息，然后再根據(jù)該船此次的裝運(yùn)情況自動(dòng)計(jì)算出應(yīng)繳的過(guò)閘費(fèi)用。

2.2 收費(fèi)操作平臺(tái)

收費(fèi)操作系統(tǒng)提供多種查詢方式，如船名、姓名、簡(jiǎn)碼、代碼等，船民只需提供任意的船只信息，操作人員就可以調(diào)出信息庫(kù)中相關(guān)信息。如圖3所示，收費(fèi)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提取信息庫(kù)中的信息，根據(jù)顯示金額收取費(fèi)用后，打印工作小票。

圖3 鹽河北閘船閘收費(fèi)管理系統(tǒng)

2.3 工作小票

我們?cè)趯Ｓ梦C(jī)上裝上1臺(tái)專用打字機(jī)，用于打印小票，小票一式3份，其上詳細(xì)記錄著船號(hào)、噸數(shù)、繳費(fèi)數(shù)額、登記時(shí)間。小票打印過(guò)后，收費(fèi)工作人員留存根，其余2份交予船民，待過(guò)閘時(shí)，船民再將其中一張小票交予監(jiān)票人員。

3 自動(dòng)化開關(guān)閘

鹽河北閘開關(guān)閘系統(tǒng)采用的控制方案可概括為可編程序控制器(PLC)+上位監(jiān)控站。控制系統(tǒng)通過(guò)PLC對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)程控制。控制系統(tǒng)采用遠(yuǎn)控及就地操作相結(jié)合的控制方式，程序控制包括系統(tǒng)投運(yùn)、停運(yùn)程序。通過(guò)操作員站進(jìn)行監(jiān)視控制，即通過(guò)CRT畫面和鍵盤對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行監(jiān)視控制；整套開關(guān)閘流程及內(nèi)外河水位、閘室水位、閘門開度等參數(shù)都在CRT屏幕上顯示出來(lái)；當(dāng)參數(shù)報(bào)警時(shí)，在CRT報(bào)警窗口進(jìn)行顯示；正常情況下通過(guò)CRT進(jìn)行程序操作。這樣就減少了操作員的工作量，實(shí)現(xiàn)了方便可靠的控制室集中監(jiān)控。

上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能為多種顯示功能，并且所有圖形均為動(dòng)態(tài)顯示，能實(shí)時(shí)、直觀地監(jiān)控開關(guān)閘系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。多種顯示功能分別為船閘平面圖、上下閘首剖面圖的顯示，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示，模擬量等參數(shù)的數(shù)字顯示，控制方式的顯示，報(bào)警的顯示，歷史報(bào)警查詢等。

自動(dòng)化開關(guān)閘系統(tǒng)需要讀取水深、閘門開高等一系列的數(shù)據(jù)以便操作，鹽河北閘現(xiàn)有水位測(cè)讀機(jī)、測(cè)量閘門開高的傳感器及紅外線探測(cè)儀，用于全天候讀取、傳輸數(shù)據(jù)。

4 安防監(jiān)控系統(tǒng)

安防監(jiān)控是一門日益為人們所重視的新興專業(yè)，就目前的發(fā)展來(lái)看，其應(yīng)用普及將越來(lái)越廣，科技含量將越來(lái)越高。

對(duì)于安防監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)各部分功能的不同，我們將整個(gè)系統(tǒng)劃分為7層，即表現(xiàn)層、控制層、處理層、傳輸層、執(zhí)行層、支撐層、采集層。當(dāng)然，由于設(shè)備集成化程度越來(lái)越高，對(duì)于部分系統(tǒng)而言，某些設(shè)備可能會(huì)同時(shí)以多個(gè)層的身份存在于系統(tǒng)中。

(1) 表現(xiàn)層是我們最直觀感受到的，它展現(xiàn)了整個(gè)安防監(jiān)控系統(tǒng)的品質(zhì)。如監(jiān)控電視墻、監(jiān)視器、高音報(bào)警喇叭、報(bào)警自動(dòng)駁接電話等，都屬于這一層。

(2) 控制層是整個(gè)安防監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它是系統(tǒng)科技水平的最明確體現(xiàn)。通常我們的控制方式有2種，即模擬控制和數(shù)字控制。

(3) 處理層或許該稱為音視頻處理層，它對(duì)由傳輸層送過(guò)來(lái)的音視頻信號(hào)進(jìn)行分配、放大、分割等處理，有機(jī)地將表現(xiàn)層與控制層連接起來(lái)。音視頻分配器、音視頻放大器、視頻分割器、音視頻切換器等設(shè)備都屬于這一層。

(4) 傳輸層相當(dāng)于安防監(jiān)控系統(tǒng)的血脈。在小型安防監(jiān)控系統(tǒng)中，我們最常見的傳輸層設(shè)備是視頻線、音頻線；對(duì)于中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)而言，我們常使用的是射頻線、微波；對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)控而言，我們通常使用Internet這一廉價(jià)載體。

(5) 執(zhí)行層是我們控制指令的命令對(duì)象，在某些時(shí)候，它和我們后面所說(shuō)的支撐層、采集層不太好截然分開，我們認(rèn)為受控對(duì)象即為執(zhí)行層設(shè)備，比如云臺(tái)、鏡頭、解碼器等。

(6) 支撐層是用于后端設(shè)備的支撐，即保護(hù)和支撐采集層、執(zhí)行層的設(shè)備。它包括支架、防護(hù)罩等輔助設(shè)備。

(7) 采集層是整個(gè)安防監(jiān)控系統(tǒng)品質(zhì)好壞的關(guān)鍵因素，也是系統(tǒng)成本開銷最大的地方。它包括鏡頭、攝像機(jī)、報(bào)警傳感器等。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的進(jìn)步、科技的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)已逐步成熟，它無(wú)論是在人們的日常生活中還是在工業(yè)生產(chǎn)中都創(chuàng)造了很大的價(jià)值。通過(guò)使用自動(dòng)化系統(tǒng)，我們切實(shí)體會(huì)到了它的快捷、準(zhǔn)確及安全性。在此，作為自動(dòng)化系統(tǒng)的受益者，筆者建議其他水利單位引進(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)，推動(dòng)江蘇水利現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程，另外也希望能在鹽河北閘的院區(qū)、倉(cāng)庫(kù)、配電間等重要部位安裝監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控，更好地保障安全。

2014-06-18

李曼(1986—)，女，安徽淮北人，助理工程師，主要從事水利工程管理工作。