自動監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應(yīng)用實踐思考

陳 愷

宜興市公用事業(yè)管理局，江蘇宜興 214200

我國地質(zhì)地形復(fù)雜，夏季有非常大的降雨量，降雨頻繁，現(xiàn)有的防洪排澇管以及渠網(wǎng)等因為歷史原因沒有總體性規(guī)劃，設(shè)備陳舊，閘站布置過于分散，雨量和水情監(jiān)測往往通過人工方式，閘門的升降也需要人工，資料整理工作量大，一旦有暴雨或者大潮等情況出現(xiàn)，防洪排澇工作將處于十分被動地位。閘門屬于水利系統(tǒng)中一項最為基礎(chǔ)組成部門，在防洪抗災(zāi)中有著非常重要的價值和作用，對于防洪、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的保護(hù)等有非常大的積極作用。當(dāng)前水閘閘控方式較為落后，自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對這一問題的有效改善，改造之后水閘的啟動和關(guān)閉可以遠(yuǎn)程集中控制，自動實現(xiàn)防洪、排澇等功能，提高水閘快速反應(yīng)能力，使運(yùn)行安全、可靠，將水閘工程效益充分全面發(fā)揮出來，更好地滿足當(dāng)前在河道水閘防洪排澇方面的實際需要，本文就此展開了研究分析。

1 自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

自動監(jiān)控系統(tǒng)在布設(shè)方面，采取分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，選擇常規(guī)設(shè)備輔助控制，同時預(yù)留相應(yīng)接口，方便設(shè)備之后的更新以及系統(tǒng)的拓展。

1.1 開放性與標(biāo)準(zhǔn)化原則

選擇開放性網(wǎng)絡(luò)體系，通過標(biāo)準(zhǔn)化體系完成圖像采集與視頻處理。系統(tǒng)中多媒體管理設(shè)備以及相關(guān)視頻處理和傳輸設(shè)備的選擇，以國際化標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品為主。

1.2 實用性與先進(jìn)性原則

選擇當(dāng)前較為成熟的自動化控制、計算機(jī)技術(shù)、視頻處理技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，在多媒體管理方面，選擇當(dāng)前先進(jìn)的多媒體管理系統(tǒng)，保證能夠跟上國際上相關(guān)技術(shù)發(fā)展腳本。

1.3 經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性原則

多媒體管理設(shè)備和通信設(shè)備的選擇，選擇性價比高設(shè)備，且更新?lián)Q代方便，最大限度節(jié)約原有設(shè)備和軟件更換方面的投資和花費(fèi)。

2 自動監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中包含整個計算機(jī)局域網(wǎng)服務(wù)器，能夠有效執(zhí)行計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制管理中心、調(diào)度中心以及上級水利單位所發(fā)布的任務(wù)和指令。中心站在各個系統(tǒng)調(diào)度方面發(fā)揮出控制和管理作用，實時監(jiān)控閘控全過程，保存相關(guān)視頻圖片資料，實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控以及遙測等。中心站、閘站等之間的連接利用光線形成一個完整的局域網(wǎng)，可以利用計算機(jī)實現(xiàn)對整個系統(tǒng)閘門狀態(tài)以及視頻畫面監(jiān)控，實現(xiàn)信息的共享和傳遞。

2.2 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要是采集所有視頻信號，通過相關(guān)軟件處理，將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場圖像，實現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)視，具備水位監(jiān)測、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測等功能，保證閘門啟停過程中的安全性。另外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對閘室周邊區(qū)域動態(tài)情況的實時監(jiān)測，重點觀察部門關(guān)鍵性位置，不僅能夠控制前端一路圖像，同時還能將多路圖像清楚地顯示在監(jiān)視屏幕，實現(xiàn)集中控制。

2.3 閘門監(jiān)控子系統(tǒng)

閘門監(jiān)控制子系統(tǒng)的布置選擇分層分布式結(jié)構(gòu)，包含集中控制單元、現(xiàn)地控制單元兩部分，其中，集中控制單元作為主控制級，布置在分中心站，包含閘站所有功能，比如控制閘門升降，閘門開度顯示等，能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備顯示、控制、運(yùn)行、報警等不同操作的控制。每個閘站的現(xiàn)地控制單元與現(xiàn)場控制層相對應(yīng)，具備能夠獨(dú)立運(yùn)行PLC系統(tǒng)，控制閘門的啟停，現(xiàn)場控制層還配置有現(xiàn)地操作屏，主要用來實現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀況的實時監(jiān)控。現(xiàn)場控制層與閘門運(yùn)行的連接通過輸入/輸出接口方式實現(xiàn)，通過通訊接口實現(xiàn)信息交換，操作人員根據(jù)相關(guān)操作指令在監(jiān)控室控制閘門運(yùn)行。現(xiàn)場控制單元與主控制層之間相互獨(dú)立，不需要經(jīng)過主控制層實現(xiàn)各類運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集和處理、設(shè)備的控制和調(diào)整、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視等功能。網(wǎng)絡(luò)連接未發(fā)生異常，操作人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對閘門的集中控制；網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)故障時，操作人員可通過現(xiàn)場PLC系統(tǒng)操作控制閘門完成相應(yīng)指令，如果PLC面板同樣出現(xiàn)故障，可以采取人工控制方式控制閘門動作。

3 運(yùn)行控制方式

閘門監(jiān)控運(yùn)行控制方式包含主控制級和現(xiàn)地控制級兩個不同等級，其中，主控制級主要是指操作人員在中心站等通過計算機(jī)操作下達(dá)指令，通過計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對各個閘門運(yùn)行方式的自動控制，或者采取分步執(zhí)行方式，每一級的完成需要經(jīng)過操作人員確認(rèn)，之后可進(jìn)入下一級操作；現(xiàn)地控制級主要是在主控制級以及網(wǎng)絡(luò)有故障情況出現(xiàn)后，操作人員通過人機(jī)操作界面實現(xiàn)對閘門運(yùn)行狀況的控制。

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 控制與調(diào)節(jié)功能

第一，操作人員可以通過計算機(jī)操作實現(xiàn)對控制對象的調(diào)節(jié)和控制，包含閘門控制方式選擇、閘門啟停等，能夠使設(shè)備自動完成開機(jī)、關(guān)機(jī)等操作，靈活調(diào)整閥門開度。利用監(jiān)控室LCD屏幕，顯示閘門位置以及開度相關(guān)信息，配置自動報警指示燈和升降等操作按鈕。

第二，現(xiàn)地控制單元既可以受到主控制級控制，執(zhí)行相關(guān)指令，同時還能實現(xiàn)實時操作。現(xiàn)地控制單元在顯示“遠(yuǎn)程”位置時，智能通過主控制級控制，在顯示“現(xiàn)地”位置時，只能夠通過現(xiàn)場控制，兩個控制級之間信息的傳遞不受影響。

4.2 數(shù)據(jù)采集與處理功能

采集輸入模擬量、電氣量等相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后顯示，具體功能體現(xiàn)在以下四個方面：

第一，現(xiàn)場控制單元，主要采集控制對象的各類模擬量、開關(guān)量等信息，以此變換工程量，上傳主控制級后顯示在現(xiàn)地；第二，主控制級在受到現(xiàn)地控制單元相關(guān)控制信息后，保存至實施數(shù)據(jù)庫，以此進(jìn)行故障分析、控制調(diào)節(jié)等。按照周期性規(guī)律進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，操作人員在相應(yīng)時間范圍內(nèi)下達(dá)數(shù)據(jù)采集指令，現(xiàn)場控制單元相應(yīng)的輸入相關(guān)數(shù)據(jù)信息；第三，現(xiàn)地控制單元可以將采集的相關(guān)報警信息上傳至主控制級，同時還能在現(xiàn)地實現(xiàn)顯示以及報警等功能，當(dāng)有故障或事故發(fā)生時，能夠自動采集事故相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)發(fā)生順序清楚記錄事件發(fā)生時間以及事件性質(zhì)；第四，主控制級，主要是對現(xiàn)地控制單元相關(guān)信息數(shù)據(jù)展開分析和計算，控制數(shù)據(jù)傳輸誤差，生成實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，包含閘門狀態(tài)、水位狀態(tài)等，方便管理人員檢索和打印。

4.3 切換和數(shù)據(jù)通信功能

第一，選擇Windows7操縱系統(tǒng)，設(shè)計簡單明了的人機(jī)交互界面，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個畫面的簡單顯示并隨時切換，畫面切換以及數(shù)據(jù)刷新時間能夠控制在2s以內(nèi)，單元控制器在接收到運(yùn)行操作指令后，整個單元控制器的應(yīng)答時間不會超過3s。

第二，操作效果能夠直觀展現(xiàn)，操作人員能夠在線完成參數(shù)的修改以及相關(guān)數(shù)據(jù)查詢，每個操作對象有相應(yīng)的操作面板，通過口令驗證后即可操作，能夠避免發(fā)生誤操作。

第三，數(shù)據(jù)傳輸通過光纖方式，實現(xiàn)主控制級和現(xiàn)地控制單元之間通信，接受上級部門的調(diào)度和控制，將水閘等數(shù)據(jù)信息發(fā)送至上級部門。

4.4 運(yùn)行監(jiān)控和事件報警功能

第一，能夠顯示閘站電氣以及設(shè)備狀態(tài)，運(yùn)行人員可通過LCD界面完成對各項運(yùn)行情況的實時監(jiān)視，包含閘門開度、水位、故障情況等。

第二，能夠?qū)⒏鏖l站運(yùn)行信息和相關(guān)參數(shù)通過數(shù)字、圖形、曲線、表格等不同形式圖像直觀顯示，通過LCD實現(xiàn)閘站運(yùn)行的全程監(jiān)視，將相關(guān)操作參數(shù)以及狀態(tài)方面變化情況顯示出來，另外對復(fù)限參數(shù)自動顯示處理，同時顯示重要數(shù)據(jù)的存儲和使用情況。

第三，現(xiàn)場控制單元還能夠自動診斷系統(tǒng)硬件以及軟件方面情況，及時向主控制級發(fā)送故障信息，并報警。

第四，設(shè)備故障保護(hù)設(shè)置的啟動和閉合，比如閘門閉合以及上升等方面故障，啟動相關(guān)量分析，明確故障原因，自動斷電報警，報警時間的產(chǎn)生到顯示能夠控制在3s以內(nèi)。

5 自動監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應(yīng)用

自動監(jiān)控系統(tǒng)建成并運(yùn)行后，取得了非常好的應(yīng)用效果，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，閘門控制精確快速，符合當(dāng)前城區(qū)排澇實際需要。同時還能實現(xiàn)對閘門的集中、遠(yuǎn)程監(jiān)控，美化水生態(tài)環(huán)境，減輕工作人員勞動強(qiáng)度，提高工作效率。

6 結(jié)語

自動化監(jiān)控系統(tǒng)在河道水閘防洪排澇中的應(yīng)用屬于一項復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要將整個系統(tǒng)各個硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等元件有效結(jié)合在一起，綜合多個方面因素分析考慮，充分發(fā)揮計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、抗干擾等技術(shù)的價值和作用。自動化監(jiān)控系統(tǒng)在建成并運(yùn)行以來，性能穩(wěn)定，運(yùn)行狀態(tài)良好，能夠通過計算機(jī)遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)對局部河段汛期水位準(zhǔn)確監(jiān)測，實現(xiàn)防洪、排澇等的自動化集中控制，通過遠(yuǎn)程調(diào)度，高效完成河道水閘運(yùn)行和管理，取得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。