計算機監控系統在宜陵閘運行管理中的應用

于洪亮

江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200

1 宜陵閘工程運行管理概述

宜陵閘位于揚州市江都區宜陵鎮，是新通揚運河引排控制工程之一。該閘建成于1963年，具有控制水位，調節新通揚運河、三陽河引排水，并兼顧通航等綜合功能，是江都水利樞紐工程的重要組成部分。該閘設計流量為300m3/s，共13孔，其中右岸側設通航孔。在我國經濟和科技高發展的前提下，為了能更好地適應現代發展，水閘管理必須滿足高要求，提高水利工程效益及管理水平。在水閘計算機監控系統中應用計算機控制技術，對傳統的啟閉機進行改造，實現了水閘自動化控制，提高了系統的安全性和可靠性，系統真正實現了全自動運行。

2 計算機監控系統架構

計算機監控系統為分層分布開放式星形結構，分為兩級，即主控級與現地級。現地監控單元與監控工作站采用以太網方式與交換機連接，傳感器通過RS－485串行通信口或4～20mA輸出與PLC連接。

控制權分控制室、現地兩級，可以進行無擾動切換。系統的控制權限越接近設備，控制權限越高。主控級設于宜陵閘控制室內，通過網絡將節制閘、通航閘實時運行信息與數據（如運行參數、閘門開度、水位曲線、流量等）上傳至控制室。通過監控網絡與現地控制級建立通信，通過工作站的監測監控界面，顯示現場設備的運行參數與狀態，同時下發控制命令，監督現地監控單元對監測監控命令的執行。

現地控制級是系統最后一級也是最優先的一級控制，它向下接收各類傳感器與執行機構的輸入輸出信息，采集設備運行參數和狀態信號；向上接收上級控制主機的監測監控命令，并上傳現場的實時信息，實施對現場執行機構的邏輯控制。現地控制單元設1套PLC，安裝于1塊控制屏內（與低壓柜并列安裝，外形尺寸同低壓柜）。PLC配置電源模塊、CPU模塊、以太網通信模塊、開關量輸入輸出模塊和模擬量模塊（I/O點數應留有30%的容量裕度），PLC控制1#～13#孔閘門與公共設備。控制屏配置1塊10"液晶觸摸屏。

宜陵閘共有13孔，2孔閘門設1只落地式現地控制箱，通航孔單獨設1只現地控制箱，共有7只現地控制箱。控制箱裝有閘門開度顯示儀表，具有閘門狀態指示、閘門開度顯示。控制箱面板上裝有現地（遠方）切換開關、按鈕與信號燈等，內部裝有帶電動操作機構的空氣斷路器、交流接觸器和低壓電機保護裝置等；1#控制箱裝有上下游水位顯示儀表。宜陵閘計算機監控系統拓撲圖如圖1所示。

圖1 宜陵閘計算機監控系統拓撲圖

3 計算機監控系統的功能

3.1 數據采集與處理

系統可巡測節制閘各種實時數據與狀態信號，進行必要的數據預處理，并建立當地實時數據庫和歷史數據庫。數據采集內容如下：模擬量，電氣模擬量，非電量及干式變壓器溫度、水位等；開關量，狀態信號，事故信號等；數字量，開度、智能儀表的電量測量等。

3.2 信號量值的設定

在使用的過程中，會發生設備故障等原因導致的信號出錯，而人工可以設定分析處理的信號量。計算機系統允許工作人員及系統操作人員對系統進行人工設置，在設置之后，計算機系統會正常處理設置后所收集的信息，計算機監控系統會給出相應的標志來區分它們。

3.3 控制與調節

運行人員可利用鼠標或鍵盤，根據節制閘當前的運行情況和控制命令，對閘門的運行進行控制。控制的內容包括閘門開、關、停操作；電氣設備的開、關操作等。運行人員在界面上點擊所控設備圖形（控鍵），界面上自動彈出控制模擬鍵和操作流程圖，運行人員點擊所需控鍵后，計算機自動實施操作流程，并能在流程圖上觀察每一步的執行情況和流程受阻情況的部位及原因，進行開環運行指導、閉環自動控制操作和調度。

在保證安全運行的情況下，系統根據調度下達的過閘流量，根據閘門控制操作規程編制優化調度運行程序，自動確定開啟閘門的孔數，實現節制閘最佳運行和閘門最佳開度運行。

3.4 運行監控及事故報警

工作人員可以通過計算機系統對全站內的設備進行實時監控了解設備狀態，實時顯示所有設備的運行情況和運行數據。

監控系統將對某些參數及計算數據進行監控，工作人員可以設置參數的范圍，當參數超過設置范圍時，可進行越位報警；當系統檢測到參數超限時，會及時做出反應，做出故障提示，向有關人員發出警告信息。

3.5 人機接口

線上實時監控可使工作人員對現場安全進行實時監視，工作人員可以通過控制室內的計算機鍵盤，線上調整顯示畫面，顯示數據和實時情況，可以隨時修改參數。根據工作人員的職責不同，還可以隨時打印觀看監測數據和設備的運行日志、統計報表等。

3.6 畫面顯示

畫面顯示為計算機系統的重要組成部分，扮演著不可缺少的角色。主機畫面顯示有自動召喚和自主召喚兩種方式，自動召喚畫面是在系統自己檢測到事故時，主機系統會自主召喚出事故現場及相應的操作畫面，自主召喚是指在工作人員自己的操作下單方面調出所需的畫面。畫面內容包括單線圖，上下游水位過程線，各種語句、表格等。畫面顯示穩定且清晰，簡單易操作。

3.7 統計管理

系統可對各設備的運行情況進行統計及記錄，自動發布信息提示運行人員。統計的類型包括設備正常及非常投切次數、設備運行時間等。對于各設備及各主要輔助設備的狀態進行變位及變位時間的統計，必要時產生報警。系統還可對參數越限及定值變更等情況進行統計及記錄，并自動生成各類報表、日志，支持打印操作。

3.8 功能擴展

系統支持軟件功能的擴展，通過軟件通信接口與第三方的優化調度程序進行通信，實現工程效益最大化。上級調度下發給定總流量目標后，引排水任務即被明確，如何在上下游水位變化、水位約束、流量控制、經濟運行等多種因素考慮下實現整個閘門的優化運行，對于系統功能的整體目標實現具有決定性的意義。優化調度系統能基于人工智能等先進技術，建立水位的預測模型，在開發過程中應利用歷史監測數據，對水閘特性曲線進行標定，建立準確的水閘運行模型。計算機監控系統能夠接收優化調度程序計算出開高和孔數，實現最優的調度運行。

4 計算機監控系統運行中出現的問題及處理方法

4.1 系統硬件問題及處理方法

計算機監控系統主要由PLC進行串聯和顯示，PLC柜中會顯示PLC的各個部件，例如顯示頭、按鈕、控制器等。當設備運行出現故障時，要先檢測設備能否正常啟動，設備線路是否正常連接；檢查每個零部件之間是否正常接觸，有無斷接現象；檢查電壓輸入和輸出部分是否正常，是否符合設備要求；檢查控制電源是否在正常的連接范圍之內，有沒有損害情況出現。除此之外，平時要按照要求進行合理、徹底的檢修維護工作。

在啟閉機發生故障時，主要檢查包括動力柜在內的交流接觸器、中間接觸器、各個開關等，檢查這些的同時，要分析啟閉機的變速裝置和制動裝置在日常維護的過程中是否嚴格落實。另外，閘門傳感器出現故障時，要及時發現并更換編碼器，保證其能正常接收數據，并對機械部分進行維護和檢修，確保其能正常運行。

4.2 系統軟件故障及處理方法

監控系統軟件包括四大部分，即計算機系統軟件、基本軟件、應用軟件及工具軟件。系統組成的部分較多，水利工程管理單位在使用計算機監控系統時，要專門建立一個設備和軟件維修工作組，隊伍人員必須擁有專業素質，要熟練掌握工作內容，并且能夠及時處理問題。如果自動化監控系統安裝完成，會涉及以后的更新和升級，要與相關的程序設計人員保持聯系，在規定時間內，要求他們對系統進行殺毒和維護工作。

5 結束語

文章通過研究開發宜陵閘計算機監控系統，實現13孔閘門及戶內變電所設備的自動控制，提高了工程技術管理水平和運行管理保障能力，實現了工程效益最大化，經實踐驗證，計算機監控系統應用情況良好，實現了既定的計劃及階段性目標。在科學技術高速發展的時代下，水閘管理人員要不斷學習，將自身更多活力注入水利工程的發展，促進水利工程管理這項工作向網絡化、自動化、智能化發展。