閘門自動化遠程控制在鄢陵縣引黃調蓄工程中的應用

□王躍升（河南省鄢陵縣水利局）

1 概況

鄢陵縣引黃調蓄工程位于縣城西北部，緊鄰汶河，在引黃補源干渠和汶河交匯處以下約6 km處。工程總庫容450萬m3，調蓄庫容419萬m3。黃河水通過趙口總干渠引入汶河，整個引水線路總長113 km。在汶河黨崗段附近設置攔河閘，攔河閘上游設置一個引水閘，從汶河引水，經花園路西側引水渠途經張坊村至西調蓄池。工程建設主要由引水工程、調蓄池、退水工程三部分組成。引水工程：包括汶河黨崗節制閘、引水閘和引水渠（長1.70 km）。調蓄池工程：包括東調蓄池，西調蓄池。東西調蓄池相通。退水工程：主要在東調蓄池設退水閘退水，經退水渠（總長3.40 km）退水流入汶河下游，在退水渠與汶河交匯處設置一個防洪閘。由于各閘門之間所處的位置比較分散且相距較遠，因此實現遠程自動化控制很有必要，特別是在雨季或防汛期間更是不可缺少。

2 自動化控制系統的配置和構成

2.1 現地控制

攔河閘共有5個閘門，每個閘門配備1個卷揚式啟閉機，引水閘、退水閘、防洪閘各有1個閘門，各配備1個螺旋式啟閉機，每1個啟閉機配備1個PLC現地控制柜。

PLC現地控制柜連接開度傳感器和荷重傳感器，并配備開度/荷重顯示儀，以數字的形式顯示開度/荷重的實時值。控制方式采用常規手動電路控制和PLC自動控制方式，在系統的安全方面設置越限或超載報警裝置。

技術指標有測量范圍：開度0～50 m,荷重0～20 T（根據用戶需要確定）。分辨率：開度為1 cm,荷重為0.10 T。輸出接點、信號：上限、下限、充水(三個預置點的設定值可在全量程內任意設定)。

2.2 遠程控制

遠程控制就是在控制現場與控制中心之間建立信息通道，進行信息交換、傳遞。本工程中攔河閘、引水閘與控制中心相距1.70 km，退水閘與控制中心相距2.60 km，防洪閘與控制中心相距6 km，通信媒質選用適合長距離通信的光纖，通過光端機進行電→光→電的轉換，實現控制中心與控制節點之間遠距離雙向通信。

每1個閘門各自成為1個獨立的控制單元，在上位機的控制界面上每1個閘門對應1個上升按鈕和1個下降按鈕，分別發送上升開、上升停、下降開、下降停等控制信號，同時每1個閘門的狀態信號（如開度、荷重值）上傳到控制中心，在上位機的控制界面上顯示。

2.3 輔助監視裝置

在每1個閘門處安裝1個攝像頭,并將圖像通過光纜傳送到監控中心,通過實時圖像及時觀察閘門的動作情況，使操作者如臨現場，確保系統工作的安全性。

3 自動化控制系統實現的功能

3.1 現場手動操作

操作員能夠通過閘門控制柜上相應按鈕或開關，直接通過閘門控制柜控制閘門啟閉機運行，并通過人工觀測或通過現場控制單元采集并顯示的開度信息，控制閘門到達所需位置。

3.2 現場自動控制操作

首先將控制柜上的手動/自動旋鈕旋到自動的位置，然后設置閘門開度到達位置的預定數值，當閘門上升或下降到預定位置時閘門自動停止。

3.3 報警和緊急處理

在閘門運行過程中通過現場控制單元實時監測設備運行狀態，一旦系統發生故障，立即報警并能夠及時處理，終止當前運行。包括下列幾種情境：

一是當開度值≥上限設置值時，上限繼電器動作。

二是當開度值≤下限設置值時，下限繼電器動作。

三是當荷重≥對應的110%設置值時，110%繼電器動作（報警）。

四是當荷重90%值＞對應的90%設置值＜110%設置值時，90%繼電器動作（預警）。

五是當荷重≤對應的欠載設置值時，欠載繼電器動作。

3.4 遠程監控

在軟件的支持下，通過在控制中心計算機屏幕上點擊模擬按鈕（上升/下降）向遠處的閘門控制裝置發送開啟或關閉指令，并且實時將遠方被控閘門的運行狀態（開度值）反饋到控制中心，并以圖形、表格、文字形式實時地、動態地在屏幕上顯示各閘門的運行狀態。如圖1所示。

圖1 遠程監控圖

操作時，首先在電腦屏幕上觀察開度當前值，來確定閘門上升或下降的高度，然后用鼠標在電腦屏幕上按住三角形滑塊，在標尺上上下拖動，來設定閘門上升或下降到的位置值，最后用鼠標點擊屏幕上的上升或下降按鈕，閘門就會按照指令動作，同時閘門開度的當前值顯示在屏幕上，當上升或下降到設定值時，在軟件的驅動下停止上升或下降的動作，一次操作即完成。例如：當前閘門開度為1 m，如果想讓閘門開度為2 m，則拖動滑塊使開度設定值為2 m，此時點擊上升按鈕（點擊下降按鈕無效），閘門就會自動上升到2 m處自動停止；如果需要進行第二次操作，需要重新設定閘門的開度值，然后按上述步驟重復進行。

3.5 檔案查詢

系統將自動記錄當前閘門的所有狀態及發生時間,并自動建立各種檔案，日后查詢時能夠自動生成報表或各種曲線，快捷、方便、直觀地顯示出各種數據的實時值和變化規律，為人們提供科學研究、科學管理的依據。具體包括：

3.5.1 狀態查詢

狀態查詢主要用于查詢各個時期的狀態變化，如：各個閘門的荷重、開度、流量、工作電壓、電流、閘前閘后水位狀態以及閘門狀態發生變化的時間等。

3.5.2 操作查詢

操作查詢模塊主要對閘門的具體操作情況，如：上升、下降、暫停及具體操作人、操作時間等的查詢。

3.5.3 故障查詢

系統按時間順序自動記錄運行期間的各種故障。如過載、超限等。

3.6 系統的安全防范

為了防止非工作人員操作本系統，采用的方法是增加操作步驟，即增加操作難度，相當于設定了一個密碼。具體方法是：現場控制：第一，在控制柜面板上安裝兩個旋鈕，一個為手動/自動,一個為本地/遠程,通常情況下，本地/遠程旋鈕放在“遠程”檔位（空檔位），并且這兩個旋鈕不做標識，只有工作人員知道，使非工作人員操作難度增大；第二，電動機電源增加了一個按鈕控制，只有電動機電源按鈕處于接通狀態下，其他操作才有效，否則無效。遠程控制：第一，在電腦屏幕上的按鈕，只有輸入密碼，登錄后才有效，否則均不能進行任何操作；第二，在電腦屏幕上對應于每一個閘門增加一個按鈕，這個按鈕一般放在屏幕邊緣，且不做任何標識，開機默認為斷路狀態，只有這個按鈕處于接通狀態，其他按鈕的操作才有效，這樣形成第二道防線，可以有效地防止誤操作或非法操作。

4 運行檢驗

鄢陵縣引黃調蓄工程中閘門自動化遠程控制系統自2014年3月運行以來，不斷征求各方面的意見，協同施工單位經反復調試、優化，使系統性能更加優良、功能更加完善,并經連續不間斷地運行，使控制系統更加穩定，得到了有關專業人士的認可，經河南省電子產品質量監督檢驗中心檢驗合格。

閘門自動化遠程控制技術在鄢陵縣引黃調蓄工程中的成功應用，為鄢陵縣水利信息化建設積累了經驗，將這些技術為今后應用到節水灌溉、飲水安全、水資源管理等方面積極創造條件，，使鄢陵縣水利信息化建設上升到新的高度。