淠史杭灌區羅管節制閘信息化建設實踐

黃 娟

淠史杭灌區羅管節制閘信息化建設實踐

黃 娟

一、工程概況

淠史杭灌區是新中國成立后興建的全國最大灌區之一，是淠河、史河、杭埠河3個毗鄰灌區的總稱，位于安徽省中西部和河南省中南部，大別山余脈的丘陵地帶，橫跨長江、淮河兩大流域，總面積14107 m2。灌區水源來自梅山、佛子嶺、磨子潭、響洪甸和龍河口五大水庫，總庫容達66億m3。擔負著安徽、河南兩省20個市縣（區）的工業、農業和居民生活供水重任，灌區的有效灌溉面積達1000萬畝。

羅管節制閘是淠史杭灌區設計流量最大的節制閘，位于六安市金安區三十鋪境內，是淠河總干渠的咽喉要道，其主要職能是通過調節閘上、下水位和流量，來滿足上游淠東、杭淠、瓦西等三條干渠和下游瓦東、滁河、潛南等干渠的引水要求，協調六安、合肥兩市的供水任務。閘下控制灌溉面積409.50萬畝，設計流量172.1m3/s。

二、羅管節制閘信息化系統

羅管節制閘的信息化系統是指從淠史杭總局到羅管閘管理所組成的水閘監視系統，遠程監視啟閉機和中控室以及上、下游水位等，系統能把遠端的圖像信息通過網絡及時傳輸到淠史杭總局監控調度中心。同時在羅管閘建設一個可進行中央數據采集、監視和控制的閘門自動控制系統，即建設成集數字化、分布式數據采集，分層數據傳輸，多種顯示方式等功能于一身的SCADA系統。從而使該信息化系統具有統計查詢、優化調度的功能。

羅管閘信息自動化控制系統采用先進的開放、分層分布式結構。主要由閘門計算機監控系統、工業電視監控系統、滲壓監測系統和局域網系統四部分組成。采用開放、分層分布式結構的主要優點是各子系統即相互獨立，又共用一個網絡平臺，形成一個有機的整體，有力地保障了整個系統的安全運行。

1.閘門計算機監控系統

羅管節制閘門計算機監控系統采用開放式全分布系統結構，分設現地測控層、監控操作層和管理網絡層，分別對應為啟閉機房（I級）、水閘控制中心（II級）、淠史杭總局管理調度中心（III級）。三層分級控制，按照設定權限級別，現地測控層最高，監控操作層次之，管理網絡層最低。

閘門控制中心設在橋頭堡中央控制室，控制中心設備包括2臺主機兼操作員工作站，1臺激光A3打印機，1套UPS電源，1套硬件防火墻，1套操作臺及網絡設備等。

操作員工作站主要完成閘門的運行自動化及其管理，包括歷史數據存檔、歸類、檢索和管理，運行報表生成與打印；人機接口功能，即完成設備運行的實時監視與控制，來自現地控制單元的實時信息直接在顯示器上顯示刷新。

閘門現地控制單元（LCU柜）共3套，其中1#LCU用以監控1～2#閘門，2#LCU用以監控3～4#閘門，3#LCU用以監控5#閘門、上下游水位、配電設備以及柴油發電機組等。在現地控制單元屏上每個閘門都配有閘門開度顯示儀、荷重顯示儀以及常規控制按鈕，使運行人員能獨立于PLC直接對閘門進行操作。

2.工業電視監視系統

羅管節制閘設置工業電視監視系統，工業電視監視系統分為現場攝像和集中顯示控制兩大部分。

現場攝像：在羅管上下游河道合適的位置分別設置1臺130萬高清網絡變速云臺攝像機，對閘門附近的水域和交通橋進行監視；在啟閉機房內的合適位置安裝1臺130萬高清網絡高速球型攝像機，用于監視各孔閘門啟閉機的工作情況；在5扇閘門附近各設1臺130萬高清網絡槍型攝像機，用于監視各孔閘門工作情況；在控制室、配電室、柴油發電機房內的合適位置安裝1臺130萬高清網絡槍型攝像機，用于監視控制中心、高低壓配電設備和柴油發電機組運行情況。

集中顯示控制：前端攝像機數據傳輸到后端，通過網絡存儲NVR進行存儲、管理和顯示，NVR配5塊2T專業監控硬盤，滿足前端圖像30天循環錄像。支持1080P高清預覽，HDMI視頻輸出分辨率最高達1920×1080，VGA視頻輸出分辨率最高達1920× 1080，支持VGA、HDMI同步輸出，可以通過鼠標實現三維智能定位，具有錄像回放的智能搜索和錄像的定向存儲等功能。

閘門電視監視系統與計算機閘門監控系統聯網配合，對整個羅管閘的啟閉機、閘門、變配電設備、上下游水域以及公路橋進行全方位的監視。

3.滲壓監測系統

閘門底板的揚壓力通過測壓管觀測，為使觀測結果能反映整個閘室基底的滲流，在中墩底板下布置一個觀測斷面，分別在底板的上下游端部和中部。每根測壓管集中引至中控室內，以便于觀測。

4.局域網系統

局域網系統為分層分布開放式結構，采用快速以太網拓撲結構，現地級與主控級采用超五類屏蔽網絡線纜實現數據通信，網絡交換機為工業以太網交換機。系統主控級的操作員工作站與現地單元級之間采用以太網連接?？墒剐畔⒖煽總鬏?、分布存儲與檢索。能夠實現系統的辦公自動化、管理智能化、調控遠程化、決策科學化。

三、信息系統的控制運行方式

系統采用開放式全分布結構，分設現地測控層、監控操作層和管理網絡層，分別對應為啟閉機房（I級）、水閘控制中心（II級）、淠史杭總局管理調度中心（III級）。三層分級控制，按照設定權限級別，現地測控層最高，監控操作層次之，管理網絡層最低（見圖1）。

圖1 淠史杭灌區淠河總干渠羅管節制閘信息化系統控制結構

現地測控層在啟閉機房，通過在現地控制柜的觸摸屏軟件實現閘門的運行；監控操作層位于羅管閘控制中心，通過上位計算機的監控系統軟件實現閘門的運行；管理網絡層位于通過網絡互聯的淠史杭總局調度中心，以及內部局域網絡以及與之互聯的上級主管單位的計算機上，通過監控系統客戶端軟件，經過系統權限認證通過后進行控制。

控制結構分為四個層次：現地設備層手動控制、現地測控層控制、監控操作層控制、管理網絡層控制。

現地設備層手動控制：最高優先級控制。在PLC發生故障時，可通過現地動力柜內的繼電器回路進行閘門現地手動控制。主要設備包括：閘門動力柜、閘門啟閉機、閘門開度編碼器及顯示儀表等。

現地測控層控制：通過現地LCU單元實現閘門自動控制，并將控制信號傳送到中控室操作員工作站以便監控。

監控操作層控制：通過上位計算機的監控系統軟件實現閘門的運行。

管理網絡層控制：網絡互聯的淠史杭總局調度中心，內部局域網絡以及與之互聯的上級主管單位的計算機，通過監控系統客戶端軟件，經過系統權限認證通過后進行控制。控制方式的切換將嚴格按照控制的優先級獲取控制權，各控制權之間嚴格互鎖，能夠在切換過程中做到系統運行無擾動。

四、羅管節制閘信息化系統的功能與特點

淠史杭灌區羅管閘信息化系統采用了先進的開放、分層分布式結構，是一個集多種顯示方式于一身的SCADA系統。具有自動監測、連續監測、自動數據傳輸、自動報警以及停電保護和來電恢復等功能。該信息化系統的特點是：實用、經濟、可靠、實時、先進、易操作、易維護及可擴展。

五、結語

淠史杭灌區淠河總干渠羅管節制閘信息化建設實施方案結合了灌區的實際情況，充分利用了先進的信息技術手段，提高了信息采集的準確性和信息傳輸的時效性，實現了灌區的信息交換與共享，降低了灌區的管理成本，增強了灌區的管理效率，為灌區的管理決策提供科學的依據，保障了自來水供水安全及生產，促進了水資源的合理配置和高效利用，以及灌區的可持續發展

（作者單位：安徽省淠史杭灌區管理總局 237010）