淺談人和攔河壩水閘自動化監控系統

■吳仕盛 ■廣州市白云區人和攔河壩管理所，廣州 廣東 510470

1 工程概括

廣州市白云區人和攔河壩樞紐工程位于廣州市白云區人和鎮流溪河上游，距離流溪河河口約18．3km，距離上游李溪攔河壩梯級約13．2km，距離廣州市中心城區約20km。工程始建于1971年2月，2008年10月進行重建，該重建樞紐工程包括重建攔河閘壩、電站、綜合管理樓、通航船閘等。電站屬于壩后式電站，5臺發電機組，總裝機容量2000kw。攔河閘閘門采用液壓全自動化中央控制室操作。攔河閘總寬151米，設閘孔12孔，單孔寬10米。船閘為人字型閘門。攔河壩上游集雨面積為2100km2，設計排洪能力為五十年一遇，泄洪流量2350m3/s，校核排洪能力為百年一遇，泄洪流量2650m3/s。工程等級為Ⅱ等，屬于大(2)型水閘。該樞紐工程是集防洪、灌溉、發電、航運為一體的水利樞紐工程。

為確保攔河壩安全度汛，增強管理的系統性、及時性、準確性。因此在2008年重建時，特增設閘門自動化監控系統，以提高人和攔河壩管理自動化水平及流溪河防汛調度安全的可靠性、精確性、靈活性。

2 水閘自動化監控系統

目前水利行業內普遍應用的水閘自動化監控系統分為三類:以工控機為核心的集中控制系統、以微控制器為基礎的集散控制系統、基于PLC的分布式水閘群控制系統。其中以工控機為核心的集中控制系統有著結構簡單、操作方便、投資小的優點，在人和攔河壩水閘控制中就采用此種控制方式，從理論角度分析包括現地控制部分和集中控制部分，前者由泵房的現地控制屏柜完成，后者由中控室內的集中控制系統完成。

2．1 現地控制部分

(1)閘門本地控制模塊:本地設置升、降、停控制按鈕，電氣接線上通過直接控制電機接觸器線包的方式，在本地控制閘門的啟閉，本地控制主要用于閘門的檢修啟閉和緊急情況下的備用啟閉。(2)閘門采集模塊:采用電子或機械式的傳感器直接連接閘門旋轉結構獲取閘位信息，實時上傳到集控中心的工控電腦中。(3)水位采集模塊:在指定的水位點投放水位儀探頭，并就近裝設信號適配器。將小信號的模擬器輸出信號轉化為標準的工業總線信號，同時實時上傳到集控中心的工控電腦中。(4)視頻采集模塊:根據現場地形在本地裝設工業級紅外攝像頭，通過視頻信號線傳輸到集控中心。工控電腦加設視頻模數轉化的PCL總線硬件卡，且根據實際情況選擇相應輸入通道的視頻卡，將視頻模擬信號轉化為數字信號用于監控器顯示和硬盤儲存。

2．2 集中控制部分

(1)觸摸屏監控設備:人機交互界面采用夜晶觸摸屏方式，用戶通過接觸點擊對系統進行操作。主要用于各水位點實時數據的監測、閘門位置及運行狀況的視頻監測、閘門運行控制、流量和水量關系曲線的查詢以及相關歷史圖表的調閱等。(2)閘門遠程控制設備:集控中心的閘門遠程控制設備分為兩套。一是觸摸屏上的智能控制方式，各閘門現地控制單元通過控制線與工控電腦的板載DI/DO卡相連接，系統通過控制DI/DO卡的無源觸點控制遠程閘門的啟閉。二是手動控制按鈕方式，手動的功能按鈕組直接通過控制線與遠程對應的現地控制單元連接，在工控電腦故障情況下完成閘門的緊急啟閉功能，以此作為集中控制的安全備用系統。

3 攔河壩水閘自動化監控系統應用

(1)人和攔河壩水閘自動化監控系統概況。人和攔河壩水閘監控系統主要由計算機監控系統和圖像監控系統兩大部分組成。計算機監控系統包括中央控制室(中控室)和現場操控室(啟閉機房)。中控室主要由計算機設備、服務器、圖像顯示屏及其他機械設備構成;啟閉機房主要置放閘門控制柜和發動機等器件。圖像監控系統包括控制、顯示和記錄設備，如攝像機、監視器、解碼器和硬盤機等。(2)人和攔河壩水閘自動化監控系統功能。從硬件角度分析，人和攔河壩水閘自動化監控系統通過計算機監控系統檢測、采集、傳輸、分析數據，結合圖像監控系統監測掌握水閘現況、閘門運行及水閘區域實時情況，從而對水閘實現自動化控制和管理。從軟件角度分析，該系統通過采用總線分布式控制模式，實現泄水閘12孔閘門的遠程集中控制。該壩水閘自動化監控技術關鍵在于計算機監控系統，通過Ethernet網實現各計算機之間的通訊;而核心在于系統控制層，其重點由PLC(可編程序控制器)來完成，主要負責12孔泄水閘門的閘位、上下游水位、降雨量等數據的實時采集和傳輸。(3)人和攔河壩水閘自動化監控系統操用。按照設計要求，該壩防汛上限水位為5．6m，警戒水位為5．3m，當達到警戒水位時，可自動設定閘門開度，并進行閘門啟閉操作。結合實際，該壩采用對水閘進行非汛期遠程控制和汛期現場人工控制相結合的方式。通過自動化監控系統啟閉閘門，要求先開啟中間兩孔閘門，后對稱、間隔按同一開度逐次開啟其兩側閘門，閉閘與開門順序相反。

4 水閘自動化監控系統優勢

(1)在效率上，運行和管理都得到極大的提高。人和攔河壩重建之前，主要靠人工觀察和經驗管理，造成一定的運轉誤差。實施自動化管理后，人和攔河壩閘門的運行得到了優化和改進，降低了重復使用設備帶來的損壞率，延長了相關設備使用壽命和維護周期。(2)在性能上，增強了可靠性和安全性。由于閘門在防洪抗災中至關重要，一般都是水利水電樞紐工程的關鍵，閘門出現問題，將直接對攔河壩工程安全運行產生重大影響，危害大壩的安全，甚至可能引發大壩潰決。該系統避免了人為誤操作等可能造成的設備毀損，增強了系統運行的安全性、可靠性。(3)在實用上，減輕了管理人員的工作強度。本設計方案實現集控室的遠程監視，維持正常蓄水位5．30m不變，減少了職工數量和工作強度，達到減員增效的目的。

5 小結

該系統仍存在幾個弊端，主要有:(1)控制系統失靈問題。本工程采用PLC控制柜單一控制模式，且控制系統無備用設施，一旦出現控制柜程序失控、線路故障、液壓漏油等控制系統失靈方面險情，將嚴重威脅攔河壩的安全。(2)重建后的攔河壩無滲流、變形監測設施，無浸潤線觀測孔和變形觀測點，在滲流、變形監測設施方面仍需完善改進，建議將檢測信號線端口接入水閘危機監控系統內，以方便實時監控攔河壩的運行。

［1］周建國，曹炬，姚金斌，單片機與PC機實現電動閘門控制系統設計，計算機自動測量與控制，2001、9．

［2］SL75-94，水閘技術管理規程［S］．1994．

［3］劉柏青．水利工程管理自動化［M］．武漢大學出版社，2002．