自動化監控控制系統在插花樞紐節制閘閘門啟閉及開度控制上的應用效果分析

黃子軍

（阜陽市插花樞紐工程管理所，安徽 阜陽 236000）

1 工程概況

插花樞紐是茨淮新河第二級控制工程，工程包括節制閘和船閘及兩岸堤防等。其中節制閘為17 孔弧形鋼閘門，每孔凈寬10 m，閘門高8.85 m，設計流量為3000 m3／s，校核流量為3300 m3／s，為大（2）型水閘。工程有蓄水、分洪、排澇、灌溉、航運以及城市供水等諸多功能。為適應現代經濟社會的發展需要，提高工程管理現代化水平，插花樞紐節制閘引進閘門啟閉及開度自動化監控控制系統，保證了閘門啟閉操作安全，提高了閘門啟閉工作效率，滿足防汛抗旱工作需要。

2 計算機自動化監控控制系統應用概述

插花樞紐節制閘自動化監控控制系統主控制室設置在節制閘二樓新建服務器機房內，地埋鋪設有靜電底板，室內安裝有空調，保證室內的溫濕度恒定。設有1 套公共LCU 柜，安裝有上下游水位顯示儀，機房中鋪設有互聯網專線及架設防火墻路由器等網絡設備和通信服務器、數據服務器，配置數字KVM 集中控管系統[1］。

系統通過組態軟件的升級改造，增加RTU 遠程功能和流媒體采取中端，將閘門已經安裝的視頻通過有線或無線的網絡傳輸到中心服務器中[2］。閘門操作人員通過系統APP 或網頁登陸到服務器，實時瀏覽查看閘門的實時視頻監控情況，系統通過組態平臺軟件運行服務端、CS 客戶端、BS 客戶端應用，提供操作員登錄信息、實時歷史數據、將采集到閘門開度、水位、行程開關狀態、斷路器和接觸器狀態等各類設備信息給予處理后上傳給控管系統，通過雙重權限認證后，實現對閘門的遠程操控。

現地控制單元（LCU 柜）共9 套，均布置在啟閉機房內，柜內配有照明及通風、防塵、屏蔽設施，主要監控節制閘17孔閘門運行，每套閘門現地控制單元安裝有閘門開度、荷重顯示儀，在現地LCU 屏上設有現場手動控制按鈕，在系統故障或調試、維修時能進行閘門升降停等操作[3］。

3 自動化監控控制系統應用效果分析

（1）主控室計算機自動化監控控制系統遠程啟閉閘門

客戶端之間符合C／S 結構，為遠程提供保障，部件均采用工業級產品，可靠性高，穩定性高。

主控室計算機自動化控制系統進行了管理員和操作人員權限預置，進行閘門啟閉時，為防止非操作人員誤操作，設置有系統登錄界面，選中提前預置好的操作人員名單，輸入登錄密碼無誤后，才可進行閘門啟閉操作，避免了閘門啟閉時，非操作人員的誤操作。

插花樞紐2022 年8 月13 日上午10 時36 分，接到水旱災害防御中心閘門開啟調度指令。由于上游泉河、黑茨河水位上漲，茨河鋪閘開閘流量由原來的33.6 m3／s 增加到82.6 m3／s，插花樞紐節制閘原來已經開啟第7 孔、第9 孔閘門，每孔0.3 m、流量為34.5 m3／s，現需要根據上游來水量情況，開啟閘門把閘上水位控制在27.50 m 以下，單位領導立即組織單位技術負責人帶領機電檢查人員和操作人員趕赴節制閘做好閘門啟閉前的檢查工作，檢查配電柜的電流電壓正常，接地良好；預開啟閘門現地控制單元開關柜電氣設備完好，接線無松動；啟閉機各轉動部分、開式齒輪無卡阻障礙物，傳動系統螺桿無彎曲變形；鋼絲繩無銹蝕斷絲，線端固定牢固；電動機周圍及其控制箱無異常，外殼接地良好，制動器靈活可靠；通過LCU 屏觀察指示燈顯示正常，閘門開度儀顯示狀態良好，閘門上無砂石、雜草、樹枝、閘門前后及河道無障礙物等，符合開閘要求，技術負責人迅速向單位領導匯報，填寫閘門開啟通知單，并下達指令給中控室操作人員，另外開啟第5孔、第7 孔和第13 孔閘門，每孔開啟高度為0.3 m，閘門開啟遵循“對稱、均勻、分檔”的原則，閘門開啟時應從中間向兩端對稱開啟。由主控制室遠程操作開啟閘門。

中控室操作人員通過預置的操作人員信息登錄自動化監控控制系統，首先觀察已開啟第7 孔、第9 孔閘門水位流量變化信息、閘門抖動正常、鋼絲繩松緊適度等運行情況。嚴格按照閘門開啟通知單要求首先開啟第5 孔閘門，開啟步驟如下：①操作人員點“閘門分控”圖標，選擇需要控制的第5 號閘門編號，進入到“閘門分控”界面。②在系統APP“通訊狀態顯示區”查看通訊狀態，閘門遠控變為綠色，且所有顯示數據有“?”變為數字時，說明轉換開關已由現地轉為遠程控制，操作員可以遠程操作控制閘門開啟。③在開度預置中輸入0.3 m。完成按“確認”按鈕。④點擊“上升”按鈕啟動閘門。如在啟動閘門過程中停止啟閉機工作，則點擊“停止”按鈕。⑤在閘門開啟的過程中，操作界面“狀態顯示區”時時顯示閘門的運行狀態，“模擬顯示區域”時時刷新顯示當前閘門開度和水位流量的變化數據，并時時刷新顯示閘門的運行動畫。

操作人員依次再開啟第11 孔和第13 孔閘門，開啟過程中通過彩色顯示器對閘門啟閉及現場狀況進行了實時監視，計算機自動化軟件功能模擬現實場景的圖形化人機界面，同步實時顯示現場視頻監控畫面，觀察到閘上閘下水位分別有啟閉前的27.36 m、24.81 m 調整為啟閉后的27.28 m、24.86 m，過閘流量由啟閉前的34.5 m3／s 調整為啟閉后的83.9 m3／s、啟閉電壓為350 V、啟閉電流為166 A。符合閘門啟閉機電設備安全規程和閘門開啟調度單要求。

自動化控制系統在閘門啟閉過程中，可根據閘門工作狀態信息、開度數據、預警信息等自動生成工作記錄、工作報表，可以自動診斷故障情況，而現場值班人員只需不定期巡視即可，減少了職工勞動強度，提高了工作效率。

（2）現地控制單元觸摸屏操作和手動按鈕操作啟動閘門

現地控制單元設有觸摸屏操作和手動按鈕操作兩種啟閉方式，可互相轉換，在操作員登錄名稱輸入正確密碼登錄確認后，便可按照開閘調度單進行相應操作。

操作人員點擊觸摸屏畫面中對應的“2#控制界面”閘門，進入到“閘門控制”界面。

第一，操作員將現地控制柜的轉換開關調整到“集中”位置，在“閘門狀態”顯示區域查看通訊狀態，閘門“集中控制”變為綠色，當前狀態為觸摸屏控制，可以進行閘門的集中控制操作。

第二，閘門開啟前在“開度預置”對話框中輸入0.3 m。完成后按“確認”按鈕。

第三，系統會自動診斷當前閘門處于關閉狀態，然后根據開度預置的數據，點擊“開閘”操作命令，完成本次操作過程。

第四，在閘門開啟的過程中，觸摸屏“閘門運行狀態”顯示區域時時刷新顯示閘門的開啟的動畫過程，模擬顯示區刷時時新顯示閘門開度數據，直至達到開度預置0.3 m，閘門自動停止，操作完成。

（3）閘門啟閉過程中，自動化監控控制系統的保護作用

第一，閘門啟閉中出現異常情況系統發出警告，同時啟動現地和主控室內的音響報警裝置，以聲音的形式提醒現場操作人員，并明示出故障設備和故障類型，方便機電檢查維修人員及時處理，以免發生事故。

第二，因閘門啟閉機或起吊滑輪異物纏繞鋼絲繩等造成閘門卡阻，電機超負荷運行，過載保護機構動作，避免系統由于工作電流過大而被燒毀。

第三，閘門高低限位設置有行程開關，保證閘門啟閉機能夠在啟閉高度范圍內運行，避免安全事故發生。

第四，針對閘門啟閉機在上升或下降過程中有可能發生的受阻現象，設置了閘門過力矩保護，時時監測閘門在上升和下降時的力矩數據，保證閘門在正常的啟閉范圍內運行，避免因超載而對閘門及啟閉設備帶來損害。

第五，為了防止過電壓對啟閉設備的正常運行造成威脅，系統對啟閉機的電機三相供電電壓設置了實時監測，一旦某一相電壓超出正常工作范圍，系統將自動切斷電機三相電源，以保證電機的安全運行。

（4）在主控制室操作員工作站通過圖像監測采集到的閘門啟閉機故障報警信息處置方法

因鋼絲繩過松或者鋼絲繩不平衡，致使閘門傾斜、抖動，不能正常工作，處置步驟：

①根據視頻及傳感器反饋的信息，由單位技術負責人指揮機電維修小組及相關技術人員赴現場，查看分析卡阻原因，實施對卡阻閘門進行復位前的準備工作，啟閉運行人員調整相關閘門開度，使現場具備復位的作業條件；②機電維修人員現場測量閘門兩側偏差值，并與開度儀表顯示數據對比，確定閘門門體偏差實際值；③機電維修負責調整行程開關，并有專人負責監視閘門啟閉機工況、調整至閘門兩側鋼絲繩平衡后，手動操作開啟閘門至最大開度后全關。反復實施二次操作，確保門體無卡阻現象后，全關此閘門。

主控室開啟閘門時，信息反饋現地控制單元LCU 柜內交流接觸器通電不吸合，處置步驟：

①技術負責人指揮機電維修小組人員及相關技術人員赴現場，查看分析原因發現控制回路有電壓，交流接觸器不動作，電氣技術人員認為可能是線圈本身開路，用萬用表歐姆檔進行測量，如果是螺栓松脫，應予緊固，線圈斷線，應更換線圈，必要時應更換交流接觸器；

②機電維修小組做好交流接觸器常閉常開觸點及控制回路的恢復工作，主控室及維修現場有專人做好安全監視工作；③維修結束后要認真清理現場工器具，通過現地控制單元手動控制、觸摸屏控制及主控制室遠程控制進行閘門啟閉機試運行，期間應注意機電維修人員及操作人員的安全防護，技術負責人及機電維修小組驗收簽字確認；對于故障信息處理，主控制室彩色顯示器實時監控設備故障及現場維修故障的排除過程和歷時并生成畫面和報表留存，并且保證了任一現地控制單元故障，不影響其他現地控制單元及整個計算機監控系統正常工作。

總之，插花樞紐節制閘閘門啟閉操作時，計算機自動化監控控制系統通過圖像監控、環境監控（電壓、電流、頻率、斷路器分合狀態等）監測或監控閘門操作現場設備及閘門啟閉機周圍工作環境狀況，在出現問題時，可以判斷故障位置，還可以根據傳感器獲取的異常數據，分析判斷產生故障的根本原因，值班人員立即查看設備狀態并進行檢修，保證閘門系統的安全、穩定運行。

4 結論及建議

隨著計算機自動化監控控制系統在插花樞紐節制閘閘門啟閉及開度控制上的應用，在未來還需要加強對該系統有關設備技術的創新，進一步提升自動化監控控制系統應用效果操作效率，實現更加安全、可靠的閘門啟閉及開度控制的操作系統集成管理。