二河閘自動化監控系統的構建研究

潘凱 唐演 戴金龍

摘? 要：本文以二河閘水閘為案例進行了自動化監控系統的構建，有效提升了自動化監控系統在水閘運行管理中的應用。主要從分層分布開放式設計、硬件搭建、軟件編寫等方面對二河閘自動化監控系統進行分析，實現水閘的自動化和智能化操作，提高二河閘運行的安全性和可靠性，有效提高了資源共享和數據利用，保障了二河閘的供水穩定和水域安全。

關鍵詞：二河閘 ?水閘 ?自動化監控系統 ?構建

中圖分類號：TP29? 文獻標識碼：B

Research on Construction of Automatic Monitoring System of Erhe Sluice

PAN Kai? TANG Yan? DAI Jinlong

（Jiangsu Huaishu New River Administration Office， Huai'an， Jiangsu Province，? 223001 China）

Abstract： Taking Erhe Sluice as an example， the construction of automatic monitoring system was carried out in this paper， which effectively promoted the application of automatic monitoring system in sluice operation management. It mainly analyzes the automatic monitoring system of Erhe Sluice from the aspects of layered distributed open design， hardware construction and software compilation， realizes the automatic and intelligent operation of the sluice， improves the safety and reliability of the operation of Erhe Sluice， effectively improves the resource sharing and data utilization， and ensures the stability of water supply and water safety of Erhe Sluice.

Key Words： Erhe Sluice; Sluice; Automatic monitoring system; Construction

1工程概況

本文以二河閘水閘為實際工程案例，相應展開自動化監控系統的研究與分析。二河閘水閘地處江蘇省淮安市，作為重要工程項目，不僅是淮水北調的渠首工程，同時也是引沂濟淮的主要工程，在當地發揮著諸多效用，具備泄洪、灌溉的多重職能，帶動當地生態效益和經濟效益的協同增長。事實上，在二河閘水閘工程建設中，通過二河閘水閘的作用，能夠切實提高當地安全性和可靠性，把洪水災害從原有50年一遇的情況，直接改變成為300年一遇，提高防洪水平，切實強化二河閘水閘自身的泄洪職能。并且，正是基于二河閘水閘的作用，能夠著力應對洪水問題，即使出現洪水情況，也能夠在二河閘水閘的建設下，切實保障下河地區的安全性和可靠性，將洪水造成的損失降到最低，切實保障下河地區人民的生命健康和財產安全。

從二河閘水閘自身結構來講，以鋼筋混凝土結構為主體結構，鋼筋混凝土結構一共包含12塊底板，結構較為穩定可靠，孔高、孔寬分別設置為8m、10m。整個工程中，二河閘水閘閘頂、閘底板高程則分別設置為19m和8m，二河閘水閘的閘門則選擇應用實腹式弧形鋼閘門，實腹式弧形鋼閘門自身穩定性強，也不易受到外界環境的影響，為了強化二河閘水閘的效果，同時準備了35臺應用規格為2×250kN卷揚式啟閉機啟閉。二河閘水閘的岸墻部分，則采用典型的鋼筋混凝土空箱扶壁式，鋼筋混凝土空箱扶壁式岸墻是應用較為廣泛的一種岸墻形式，自身能夠根據支撐環境合理把控岸墻高度和墻身結構尺寸，頂部高程則直接將其設置為19m。為保證水閘運行狀況良好，構建了二河閘自動化監控系統。

2二河閘自動化監控系統的構建

二河閘水閘自動化監控系統涵蓋控制、監測、布線、控制軟件平臺開發等較多的技術內容，本文主要從門開度、閘前后水位、視頻等技術方面，進行系統構建、技術實現、功能特點及信息采集與傳輸方面的研究。

2.1系統結構構建技術研究

水閘自動化監控系統結構分為3層，現場控制層—調度中心層—上級監管層。針對每個單獨的閘門監控系統，構建現場控制層，使其自成體系，可以獨立完成對本獨立閘門的監測和控制功能。也正是通過水閘自動化監控系統的搭建，能夠直接采集數據信息、傳送數據信息，無論是閘門狀態、閘門開度，還是閘門控制命令、視頻監視、電機常規參數等信息，都可以直接通過以太網傳輸至調度中心^[1-4]。調度中心層，通過水利專網接收各閘門監控系統各監控信息，借助中心決策支持系統平臺，進行數據的分析、存儲、查詢、處理等，并按照整個區域的灌溉規劃進行灌溉命令的下發;同時對上級監管部門留有數據接口，具有系統擴展功能，實現多級管理（見圖1）。

當前階段，無論是國內自動化監控系統，還是國外自動化監控系統，主要包括3種系統結構，第一種自動化監控系統結構為集中式，第二種自動化監控系統結構為分布式，第三種自動化監控系統結構為現場總線式。每一種結構的應用方式和應用特點也存在一些差異，需要結合地區特點，選擇更加合理的系統結構，切實保證自動化監控系統的安全性和穩定性。對于采用集中式系統結構的自動化監控系統，整個系統監控工作只需要準備一臺監控裝置，這也就使得整個監控工作很大程度上都會受到監控裝置的影響，一旦出現監控裝置質量故障，就會影響到整個自動化監控系統的正常操作，嚴重時甚至造成系統癱瘓。并且，采用集中式系統結構的自動化監控系統，信號電纜傳送很容易受到外界環境的干擾，模擬信號傳輸可靠性和穩定性都較差，即使監控裝置并沒有出現故障，也有可能由于信號傳輸，造成后續出現質量問題。對于采用分布式系統結構的自動化監控系統，不再絕對受制于監控裝置的影響，能夠基于信息種類變化，將監控裝置進行合理安裝，安裝位置也不會受到任何限制，即使其中一臺監控裝置出現質量問題，各個監控裝置彼此之間保持著相對獨立的狀態，也不會由于破損裝置，導致后續監控工作出現問題，由此可見，分布式系統結構的自動化監控系統自身穩定性較高，是當前應用較為廣泛的一種系統結構。對于現場總線式系統結構的自動監控系統，不同于上述兩種監控系統，從監控裝置進行分析，將其中的部分功能延伸出來，并將監控裝置部分功能直接分配到傳感器，使得傳感器能夠具備監控裝置的部分職能。需要注意的是，這個過程中使用的傳感器為智能傳感器，當傳感器處于正常運行狀態，最終生成的信號則為數字信號，與集中式系統結構的自動監控系統相比，傳輸過程不易受到干擾，能夠保持相對穩定的狀態。在對二河閘自動化監控系統進行構建時，則采用分布式系統結構。多閘門自動控制系統結構則如圖2所示。

在多閘門自動控制系統中，包含多個設備，不僅有監控主機、傳感器，同時還有閘門測控終端機（PLC），每個設備的應用方式和應用功能存在差別，其中監控主機能夠直接和各個閘門測控終端機相聯系，完成數據通信的作用，實現數據采集、數據存儲等一系列操作，還可以借助監控主機的作用，完成監控主機和用戶交互，直接向用戶傳送命令，構建形成一個相對穩定的系統空間^[5]。對于閘門測控終端機（PLC），則主要集中于控制閘門、獲取閘門數據信息，保證閘門運行的穩定性和安全性^[5-6]。

2.3系統功能規劃

（1）數據實時采集。獲取得到基本工作電量、閘前水位、閘后水位等數據信息，還可以基于水位計算m過閘流量。

（2）閘門起閉控制。靈活把控閘門閘位。

（3）系統緊急狀態急停控制。一旦遭遇突發事故，能夠實施急停控制。

（4）切換工作方式。通過硬件動作，識別實現監測站自動控制等方式。

（5）系統運行故障保護。若閘門運行期間出現系統故障問題，則會相應做出故障保護，如閘門卡死、閘門下滑等。

（6）掉電保護。避免由于交流掉電，造成數據丟失，確保現場數據的完整性和真實性。

（7）信息采集與傳輸。通過安裝閘位傳感器、測報終端機，設置為GPRS通信模式，直接進行數據采集與分析，獲取得到的數據信息，最終一同傳送到管理局監控中心。

（8）控制優先級規劃。此規劃是一個監控系統能否安全穩定運行的必然條件，本系統相對優先級由低到高：現場手動按鈕—現場控制柜鍵盤—現場監控主機—遠程配水控制中心，絕對優先級由低到高則是遠程配水控制中心—現場監控主機—現場控制柜鍵盤—現場手動按鈕，即現場手動部分絕對控制權最高，如圖3所示。

2.3閘門遠程監測系統平臺開發

根據系統現場和遠程運行特點，在調度中心借助網絡組態軟件平臺，進行閘門遠程監控系統平臺開發。本系統平臺具有單獨閘門監控的實時3D動態模擬功能。各閘門的監控信息通過軟件平臺進行監測、控制、查詢和歷史數據的整編、分析等功能。通過軟件平臺可對本灌溉區域內的多個閘門進行綜合調度和查詢、分析等。同時，本系統留有上級主管部門數據接口，根據需要可與主管部門管理平臺進行實現無縫對接，實現多級綜合管理。

3結語

綜上所述，對二河閘自動化監控系統的構建要點展開分析具有十分重要的意義。二河閘自動化監控系統應用范圍廣泛，不僅能夠實現水閘船閘啟閉機的靈活控制，還可以完成水文數據、水工建筑物的全過程監控與分析，以技術為支撐，有效提高資源共享和數據利用，保障了二河閘的供水穩定和水域安全。

參考文獻

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