辽宁大伙房浑河闸数字化闸坝监控系统研究应用

孙德升 刘仔旭

（1.辽宁省大伙房水库管理局 辽宁 抚顺 113007；2.辽宁省水利水电科学研究院 辽宁 沈阳 110003）

水闸工程是我国重要的水利基础设施之一。新中国成立五十多年来，修建了约5万余座水闸，其中大型水闸486座，中型水闸3270座、小型水闸约4.7万座。辽宁省五十年来共修建水闸约2000多座，其中大型水闸60余座，中型水闸160余座，小型水闸约2200余座。这些水闸在防洪、灌溉、排涝、航运和供水等方面发挥了巨大的经济效益和社会效益。长期以来，水闸工程的管理基础较为薄弱，主要体现在：管理手段落后、管理机制不健全，各级水行政主管部门不能有效掌握所辖范围内的水闸运行管理情况和存在的主要问题，从而难以实施有效管理和科学决策。另外由于缺乏成熟有效的运行及安全监测手段，不能及时发现安全问题及隐患，导致水闸老化失修严重。目前，国家正在组织力量开展全国水闸安全普查工作，陕西省安全普查工作已经完成。全国范围内的水闸除险加固和更新改造工作即将全面展开。但是应该看到，仅靠工程除险加固无法根本解决我国量大面广的众多水闸安全隐患。造成目前水闸安全整体薄弱的根本原因，还是安全监测与管理手段的落后。经调查和检索发现，目前我国水闸的安全监测设计工程实例和研究成果较少，而且尚无水闸的安全评价体系的统一标准与规范。因此有必要深入开展水闸安全监测分析评价相关技术研究，为提高水闸工程安全管理水平提供技术保障。

1 工程概况

浑河闸（亦称谟家堡闸）位于浑河中下游，距大伙房水库75km，坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村。浑河闸是沈阳城市防洪的出口控制断面，担负着沈阳城市的防洪任务，是浑河沈阳城市防洪体系的一个重要组成部分。主要水工建筑物有浑沙进水闸、浑蒲进水闸和拦河闸等。浑沙进水闸和浑蒲进水闸各3孔，配套固定卷扬启闭机，检修闸门共1孔，为双钩电动葫芦。浑河闸上级主管部门为辽宁省大伙房水库管理局，为提高浑河闸自动化水平和综合管理能力，为实现大伙房水库与浑河闸之间优化调度管理提供理论依据和决策手段，需建设一套安全、稳定、可靠的自动化系统。另外，因浑河闸地处市郊，经常发生设施被盗现象，所以安装一套红外线报警系统，有助于安全防护。

数字化闸坝监控系统下设7个子系统，包括闸门监控子系统、视频监视子系统、水文自动测报子系统、水工建筑物安全监测子系统、大屏幕系统、通讯子系统和红外线报警系统，建设管理处局域网，并与internet外网相连。

2 技术特点

数字化闸坝监控系统的关键技术研究与应用技术成果是在实际应用的基础上完成的。成果拥有大量的基础研究工作作为支撑，具有实用、创新的特点。

本成果结合水闸特点，构建了集水闸自动控制系统、安全监测分析评价系统、闸体外部变形远程测控系统为一体的数字化管理平台。

本成果获得2013年辽宁省抚顺市科技进步一等奖。

3 系统功能结构

浑河闸数字化闸坝监控系统充分运用采集到的信息，对水闸监控工作进行全面的自动化、信息化的支持。结合水闸自动化安全监控的特点，充分运用各种工程施工技术，建立了一套具有先进性、可靠性、通用性和可扩充性的数字化闸坝监控系统。下面针对几个主要组成部分进行介绍。

3.1 闸门监控系统

闸门控制方式设置两种，一种为现地常规控制，另一种为微机监控，挡水闸设置动力控制箱，闸门控制采用一对一控制，控制设备安装在现地控制箱内。在动力控制箱上设置转换开关，可进行现地和远程PLC控制的转换。另外，在现地还设置闸门高度及闸门荷重指示器，现地PLC通过串行通讯接口将闸门开度、闸门荷重、启闭机故障信号、启闭机及闸门运行状态等信息传输到中控室上位机，上位机发出的闸门操作指令也可通过串行通讯接口传输到现场PLC控制单元，从而实现闸门的集中监控管理功能。集中控制部分设置一套IPC与泄洪闸卷扬启闭机现地网络联结，进行数据收集与传输，集中监控系统网络采用高可靠配置。集中控制室内设置操作员站，担负闸门群的监控任务。操作员站可以正常工作担负闸门群的监控任务，同时也可担负监视、学习培训、软件开发及文本文件管理等任务；另设一台服务器可实现通讯、打印功能。泄洪闸集中控制系统在其服务器设有串行通讯卡，用于与管理处原有的上位系统联网通讯。

闸门自动化系统在现地手动控制系统的基础上增加了下位机（PLC）和（上位机）计算机自动监控系统，以确保闸门安全运行的可靠性及自动化监控的水平。远端计算机自动监控系统是在现地手动控制系统的基础上建立的，它与远端手动系统平行对接。

图1 视频监控系统结构示意图

3.2 视频监控系统

本系统共设置10个视频点，监控中心设在浑河闸办公楼内，前端设备以监视浑河闸上下游全貌以及启闭机室安全防护为布设原则，枢纽建筑物有22孔拦河闸、3孔浑沙进水闸门和3孔浑蒲进水闸门。所有信号传输都采用前端编码传输方式，系统通过前端摄像设备捕获现场画面，通过视频电缆将各视频模拟信号送入硬盘录像机上，硬盘录像机设置在右岸桥头堡值班室内，在值班室通过硬盘录像机对前方摄像单元进行全方位控制，控制镜头的变焦、聚焦和光圈，控制电动云台的上、下、左、右运动。视频信号通过光缆传送至浑河闸管理处内，通过视频服务器在大屏幕上进行观看。

3.3 水文自动测报系统

本系统建设覆盖了在大伙房～浑河闸区间建设的无人值守遥测水文站6个，系统自动实时采集水文数据，并通过GPRS移动通信信道将水情信息双发至大伙房水库管理局及浑河闸管理处，中心站主机对原始资料进行采集处理、检索和纠错。根据系统采集的实时数据，做出洪水预报，并显示打印和绘制各类水文图表。同时还具有水文要素超限和事故报警、键盘输入资料以及向外传送水情信息的功能，并根据各站状态信号判断各站工作情况。

3.4 闸坝安全监测系统

浑河闸安全监测系统充分运用采集信息，结合自动化安全监测的特点，系统由系统管理、测点管理、数据监测、数据分析、数据报表和值班日记等子系统组成，系统功能结构图如图2所示。

图2 系统功能结构图

3.5 通讯系统

系统通讯方式为租用公网通讯方式，带宽为2M。通讯系统应能实现浑河闸管理处与辽宁水利信息网之间的信息交换和信息传输，通讯接口为浑河闸管理处与辽宁省水利厅，系统内的所有监控数据、图像的信息传输应可靠畅通。

3.6 大屏幕系统

大屏幕系统主要用来显示各应用系统的视频、计算机信号等。需要显示的视频信号包括视频监控系统信号，需要显示的计算机信号包括闸门监控系统、安全监测系统、水情自动测报系统以及其它各类计算机信号2～4路，为防洪防汛、信息决策提供平台。

3.7 红外报警系统

系统防护区域为28孔闸门的启闭机室以及左右岸桥头堡。在经常有人出入的通道口(位置由需方指定)安装15个无线红外报警探头，报警主机安装在右岸桥头堡值班室，报警信号可同时传至浑河闸管理处办公楼内。

4 结语

数字化闸坝监控系统是一项系统工程，系统的成功在于各子系统的有效结合，系统的研究充分利用了水利技术、自动化技术、信息技术及统计学等各方面知识。通过对各种技术的研究与应用可以确定，系统的设计方案是科学合理的，系统开发是成功的。新系统的运行将对辽宁大伙房浑河闸的水闸监控工作提供直观、稳定、高效的支持。陕西水利

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