浅析江风口闸计算机监控系统的设计与应用

王伯龙 张方坤 公 静

一、工程概况

江风口分洪闸（以下简称江风口闸）位于山东郯城，邳苍分洪道的入口处，是分泄沂河超量洪水入邳苍分洪道的控制性工程，为沂沭泗流域防洪体系的重要组成部分。工程共11孔，老闸7孔为液压启闭机，新闸4孔为卷扬式启闭机，均为弧形钢闸门。为完善闸门自动控制功能，提高工程运行的安全性、可靠性和工程管理水平，通过对新老闸11孔闸门监控系统的设计与实施，实现了闸门现地控制、主控级控制，为上级防汛部门科学合理调度洪水提供了信息支持。

二、系统结构及配置

1.系统结构

（1）计算机监控系统

对于江风口闸计算机监控系统，要求其不仅要具有完善的监控功能，而且要具有极高的可靠性、良好的开放性功能。因此，系统采用全开放、分层、全分布式结构，主要由位于启闭机房的现地控制单元（LCU）、中控室主控级和闸管所调度中心主控级组成。

现地控制单元（LCU）共5套，3套置于老闸液压启闭机房内，分别为一控三、一控四和1套公共LCU，主要监控老闸7孔闸门和液压启闭机运行情况；2套置于新闸卷扬启闭机房内，均为一控二，主要监控新闸4孔闸门和卷扬式启闭机运行。LCU控制屏上装有电压表、电流表、液晶控制屏、报警装置等，能实时对设备运行情况进行采集和监控。

中控室主控级和闸管所调度中心主控级均以一套工控主机为核心，由运行人员操作台、外围设备及不间断电源等控制层设备组成，主要设备包括2台操作员工作站、2台打印机、2台以太网交换机、2套UPS电源及2套大屏幕液晶显示器等。

江风口闸计算机监控系统图如图1所示。

（2）视频监视系统

视频监视系统包括摄像机、视频同轴电缆、控制电缆、16路硬盘录像机和多媒体工作站，即由前端摄像设备、传输设备、显示设备、录放像设备、控制一体化设备构成。主要用于监视水闸上下游洪水、启闭机房和配电室内设备运行情况，系统全部由计算机控制，由NV401616路数字硬盘录像系统实现存储记录。

硬盘录像机置于中控室主控级的操作台，视频信号经压缩后连同控制信号沿以太网传输。闸管所调度中心设多媒体工作站，并接入以太网交换机，多媒体工作站安装视频监视软件可调看、控制现场摄像机。

2.系统配置

（1）现地控制单元（LCU）

现地控制单元（LCU）的控制核心采用西门子可编程控制器（PLC），负责对所辖闸门运行参数进行采集，并能在彩色人机界面显示屏上显示闸门预置行程、实时开度和偏差。能有效地监测、控制启闭机电机，LCU控制柜屏面设有反映闸门状态、启闭机电气过载、机械过载、故障及有关操作电源灯的信号灯以实时反映设备的运行情况。

现地控制单元（LCU）包括手动控制和自动控制两部分。手动控制主要由控制按钮、触摸屏实现；自动控制由PLC、触摸屏等组成。在整个闸门控制系统形成之前、安装调试期间、上位机或通信网络故障时，LCU能脱离上位机，独立地完成对闸门的PLC自动和手动控制操作与监视。当故障检修完成后，LCU又自动服从上位机的管理。

（2）主控级控制

主控级设有操作员工作站、打印机、以太网交换机、UPS电源等设备。通过工作站对监控对象进行单孔或成组闸门启闭或中间停机；打印机采用高速低噪音网络激光打印机，用来打印运行记录、运行日志及报表、操作记录等，打印内容和格式可事先设定，打印方式有定时打印和随机打印等；交换机实现了中控室与调度中心的网络数据传输；UPS电源可提供持续、稳定、不间断的电源。

操作员工作站选用国内著名工控机产品，由UPS电源、光电隔离输入模件、输出模件、显示器、键盘鼠标等组成。控制部件经光电隔离输入模件采集现场传感部件的信号，现场执行结构的各种状态信号及现地闸门控制信号，控制部件根据上位机传送过来的控制信号及闸门位置检测的信号，经输出模件发出闸门的启闭信号，经RS485接口将信号送给卷扬机专用变频器执行。控制回路具有多极连锁保护，由梯形逻辑进行控制。各单元可独立实现自动操作与运行。

（3）视频监视系统

前端摄像设备为SCC-101BP高清晰度彩色摄像机及SCC-643AP日夜两用一体机；硬盘录像机DVR配置OBSERVER视频监控软件，实现云台和镜头的控制、用户管理、多画面分割、图像存盘、图像压缩、报警管理、系统参数设置等功能；多媒体工作站实际为安装了DVR OBSERVER软件客户端的工控机，客户端软件使它能通过以太网远程监控一体化球机，而对定焦摄像机只监视不控制。

主控级操作员可通过友好的图形化界面和键盘、鼠标选择任一摄像机进行监控，通过RS485总线可方便地实现对系统内一体化球机的控制，使它直接达到预置的方向和观察角度。视频监视系统的传输主要分布于各摄像点和中控室之间，主要通过四芯多模光缆、SYV75-5视频同轴电缆、控制电缆和电源电缆，完成视频信号、控制信号以及电源的传输。此外压缩的视音频信号连同控制信号通过光纤以太网传输。

（4）通讯连接

现地控制单元的控制核心采用可编程控 制 器（PLC），PLC装在现地控制屏上，通过接口设备接入计算机网络；中控室主控级与LCU采用Profibus-DP现场总线通讯，其最大传输速率为12Mbps；闸管所调度中心和中控室主控级采用100M光纤以太网通讯。

三、系统控制

江风口闸闸门的控制方式分为现地控制和主控级控制，现地控制优于主控级控制，现地控制与主控级控制相互闭锁，并在现地切换。

1.现地控制

现地控制时能将实时控制信号、运行状态信号输入PLC在现地控制屏上反映，并能传送至主控级计算机系统以便监视。

在设备安装调试期、闸门检修期及主控级发生故障等情况下，能通过现地控制对闸门进行启闭操作，在现地控制单元的PLC发生故障时，有启动闸门手动按钮控制系统，并在现地控制单元上显示闸门开度及闸门开度预置装置。

2.主控级控制

主控级控制分为中控室集中控制和闸管所调度中心远程控制。主控级除能迅速可靠、准确有效地完成对各闸门的安全监视和控制外，还能完成对整个系统的运行管理，包括历史数据存档、检索、运行报表生成与打印、对外通信管理等，而且能与上级调度系统通信。中控室主控级是计算机监控系统的控制核心，同时完成和管理所有网络接入，可接受调度中心的远程监控。

四、结语

江风口闸计算机监控系统通过筛选性能可靠的软、硬件，依托现代计算机监控的各种先进技术，实现了对全闸的实时监控，缩减了现场值班人员的数量和工程巡查人员的工作量，提高了工程管理水平和效率。江风口闸计算机监控系统的应用，大大提高了防洪决策和运行管理的准确性、科学性，最大限度地保证了江风口闸安全、高效运行