渠道閘門計算機監控系統的運用及思考

【摘要】隨著計算機監控系統在渠道的大力推廣使用，對閘門監控和管理的自動化水平提出了新的要求，實現閘門智能化監控勢在必行。渠道閘門監控系統的設計，不但能提高閘門控制的靈活性、快速性，而且可以加強渠道運行的可靠性和安全性，為提高渠道的自動化水平和實現電站無人值守或少人值班提供理論依據和技術手段。在此背景下，本文就渠道閘門計算機監控系統的運用及思考進行詳細探究，以期為有關方面的研究提供參考借鑒。

【關鍵詞】渠道閘門；計算機監控系統；計算機運用

1、引言

隨著中國加大對水利工程建設的投入，促成了水利工程中計算機監控系統的技術改造工作。而渠道閘門作為水利工程的重要組成部分，其計算機監控系統技術改造必須要得到高度重視。

2、渠道閘門計算機監控系統設計原則

隨著渠道整體技術發展和安全要求的提高，這樣的控制方式已經很難滿足發展的需求，因此，有必要結合實際情況對機組進水口閘門控制系統進行改造，提高機組進水口閘門系統的自動化水平及運行可靠性。

（1） 安全可靠和先進實用的原則。選擇成熟的分布式計算機控制系統。在生產過程中信息集中管理和操作的前提下，使控制危險分散。

（2）信息分層管理和控制權限分級的原則. 系統分為兩層即中央控制層和現地控制層。中央控制層負責信息的集中管理和監視，與其他系統通信，提供可視的人機界面。現地控制層負責采集閘門運行狀態和流量等信息，并根據采集到的信息和主控指令對現場的各種設備進行自動控制。

（3）閘門監控系統高度可靠，各項技術性能指標滿足相應各項標準及規程的要求，并且與計算機技術當前的發展水平相適應。

（4）系統配置和設備選型符合計算機技術發展迅速的特點，既便于功能和硬件設備的擴充，又能充分保護用戶投資。

（5）軟件采用模塊化、結構化的設計，使系統更適應功能的增加和規模的擴充。

（6）人機接口功能強，操作方便，顯示的畫面和打印的文件清晰醒目。

（7）監控系統具有遠程連網功能，系統考慮以后實現與省水利廳的數據通信，傳輸實時數據及控制指令；此外閘門監控系統可實現水情測報系統、大壩監測系統和MIS系統網絡聯網。

（8）實時性好，抗干擾能力強。

3、閘門計算機監控系統

渠道閘門控制系統主要包括溢洪道閘門、放水洞閘門和大嶺隧洞閘門自動監控。溢洪道和放水洞距管理處較近，用雙絞線轉輸監控信號；大嶺隧洞距離管理處較遠，用無線電臺傳輸監控信號。渠道閘門計算機監控系統主要包括：閘門開度傳感器，閘門開度測控儀，閘門保護傳感器，可編程序控制器P比，電器控制柜，數據遠傳設備，信號傳輸電纜（或無線電臺）、監控計算機等，實現對閘門開度的準確控制，做到了防洪供水調度準確及時。

3.1 計算機網絡系統

渠道閘門計算機網絡由網絡（兼Web）服務器 、網絡交換機、查詢（領導）工作站、閘門監控主機、水情自動測報主機及通信設備等組成。

3.2 閘門監控系統結構

閘門監控系統由閘門監控子系統、圖像監控子系統、數據通信網及數據通信處理系統應用軟件等部分組成。1）閘門監控系統子系統主要由系統實時監控計算機、計算機局域網和數據服務器、遠程數據通信網前置通信處理器、數據通信設備、供電系統、閘門監控管理軟件等組成；閘門現地監控站由負責現場數據采集、控制、預處理及傳輸等工作的遠程終端單元（PLC）、數據通信設備、相關傳感器和儀表、供電系統、閘門操作臺等組成。2）圖像監控子系統可分為前端設備、傳輸設備、中心站設備三部分，其中前端設備由攝像機、電動變焦鏡頭、云臺、解碼器、防護罩等構成；傳輸設備由視頻電纜或光纖線纜及光端機等組成；中心站設備由數模編碼器、多畫面分割器、彩色監視器、監控計算機以其它輔助設備構成。3）數據通信網采用兩層數據通信網絡實現遠程數據交換。即由閘門監測站與渠道中心站構成光纖數字通信網，并兼容水文自動測報系統，實現系統各工情遙測站與中心站之間的數據交換，并可選擇超短波作為備份信道構成第一層數據通信網；由渠道中心站構成基于公用數據通信網的遠程計算機網絡，實現數據聯網，亦可選擇無線通信方式構成第二層網絡。

3.3 閘門監控系統應具備的功能

由閘門監控系統結構組成可知，該系統通過水位傳感器檢測水位，用開度儀檢測閘門的開度，傳感器將這些測定值送入PLC，PLC按既定控制算法輸出控制信號到控制電氣開關柜，再通過閘門的液壓啟閉系統控制閘門的升降。該系統還應具有相應的顯示和報警功能。

3.3.1 閘門控制功能

（1）閘門的正常啟閉。（2）緊急落門。（3）閘門下滑重提升。（4）監測進水閘前攔污柵的阻塞情況并清理攔污柵。（5）緊急抱閘剎車。

3.3.2 閘門運行狀態信號的采集和處理

（1）水位數據的采集和處理。最主要有進水口工作閘門閘前水位，尾水閘門閘前、閘后水位，攔污柵前水位的數據采集和處理。（2）閘門位移數據的采集和處理。有閘門的運動狀態（上升還是下降），閘門位移量，閘門是否越限，閘門是否出現卡滯、下滑、飛車等。（3）控制閘門電氣開關柜的數據采集和處理。主要有電壓、電流的測量。

3.3.3 閘門監控系統的計算判斷功能 閘門監控系統對下位機傳來的數據進行計算，并將計算結果與既定值進行比較，判斷是否出現故障或事故情況，從而作出相應處理，并上報監控中心，向工作人員報警，同時作出記錄。

3.3.4 閘門監控系統的保護功能 當閘門出現以下狀況時，控制系統立即向上位機發出報警信號，并且作出緊急處理。1）卡滯。當提升閘門時，發生閘門意外卡滯情況（如鋼絲繩拉偏或被異物卡住），表現為閘門上升速度變緩或停止。閘門控制系統立即關閉主回路電源，抱閘剎車，停止執行上升命令，并向電廠監控中心發出卡滯報警信號。2）飛車。當閘門降落時，閘門因意外情況，失去控制，自由下落，稱為飛車，表現為閘位計讀數變化加快。閘門控制系統立即關閉主回路電源，抱閘剎車，停止落門，并向監控中心發出飛車報警信號。

3.4 系統診斷

系統設備硬件故障診斷包括對計算機、外圍設備、通信接口、通道等的運行情況進行在線和離線診斷，故障點能診斷到各模板。當診斷出外圍設備故障時，能自動將其切除并發出信號。軟件故障診斷能對計算機系統各軟件進行在線診斷，診斷出故障軟件功能塊并發出報警信息。在系統進行在線診斷時，不影響計算機系統對各設備的監控功能。

4、閘門監控系統具備的特性

4.1 實時性

現地控制單元狀態和報警點采集周期不大于 1s；現地控制單元接受控制命令到開始執行的時間不大于 1s；主控制級執行命令發出到控制單元回答顯示的時間不大于 1s。

4.2 可靠性

閘門監控系統的平均無故障時間不小于 10000 小時；現地控制單元裝置的平均無故障時間不小于 34000 小時；系統中任何設備的單個元件故障不會造成關鍵性故障或使外部設備誤動作；能防止設備或組件中的多個元件或串聯元件同時發生故障。

4.3 操作安全性

閘門監控系統對每一功能操作提供校核，當操作有誤時能自動或手動地被禁止并報警。閘門監控系統可根據需要在人機通訊中設操作員控制權口令。

4.4 通訊安全性

閘門監控系統保證信息中的一個信息量錯誤不會導致系統關鍵性故障，具有較高的內部通訊的信息錯誤碼檢測能力及編碼效率。

4.5 可擴展性

整個系統應采用全開放系統，便于功能和硬件的擴充，系統應具有數據通訊的接口，方便地實現遠程聯網，進行數據交換。

5、結束語

總而言之，在水利工程中，渠道閘門是重要的構成部分，需要重視改造與升級計算機的監控系統。同時在按照改造范圍與原則基礎上，采用有效方式改善計算機的監控系統，防止升級過程產生問題，保證渠道閘門的監控系統改造順利。

參考文獻：

[1] 水濤、陳開金.淺談泵站計算機監控系統的技術改造及維護[J].科技、經濟、市場，2015（8）.

[2] 尚毅梓，吳保生.多渠段渠道自動控制系統的穩定控制[J].清華大學學報（自然科學版），2008（6）.