闸门自动化远程控制在鄢陵县引黄调蓄工程中的应用

□王跃升（河南省鄢陵县水利局）

1 概况

鄢陵县引黄调蓄工程位于县城西北部，紧邻汶河，在引黄补源干渠和汶河交汇处以下约6 km处。工程总库容450万m3，调蓄库容419万m3。黄河水通过赵口总干渠引入汶河，整个引水线路总长113 km。在汶河党岗段附近设置拦河闸，拦河闸上游设置一个引水闸，从汶河引水，经花园路西侧引水渠途经张坊村至西调蓄池。工程建设主要由引水工程、调蓄池、退水工程三部分组成。引水工程：包括汶河党岗节制闸、引水闸和引水渠（长1.70 km）。调蓄池工程：包括东调蓄池，西调蓄池。东西调蓄池相通。退水工程：主要在东调蓄池设退水闸退水，经退水渠（总长3.40 km）退水流入汶河下游，在退水渠与汶河交汇处设置一个防洪闸。由于各闸门之间所处的位置比较分散且相距较远，因此实现远程自动化控制很有必要，特别是在雨季或防汛期间更是不可缺少。

2 自动化控制系统的配置和构成

2.1 现地控制

拦河闸共有5个闸门，每个闸门配备1个卷扬式启闭机，引水闸、退水闸、防洪闸各有1个闸门，各配备1个螺旋式启闭机，每1个启闭机配备1个PLC现地控制柜。

PLC现地控制柜连接开度传感器和荷重传感器，并配备开度/荷重显示仪，以数字的形式显示开度/荷重的实时值。控制方式采用常规手动电路控制和PLC自动控制方式，在系统的安全方面设置越限或超载报警装置。

技术指标有测量范围：开度0～50 m,荷重0～20 T（根据用户需要确定）。分辨率：开度为1 cm,荷重为0.10 T。输出接点、信号：上限、下限、充水(三个预置点的设定值可在全量程内任意设定)。

2.2 远程控制

远程控制就是在控制现场与控制中心之间建立信息通道，进行信息交换、传递。本工程中拦河闸、引水闸与控制中心相距1.70 km，退水闸与控制中心相距2.60 km，防洪闸与控制中心相距6 km，通信媒质选用适合长距离通信的光纤，通过光端机进行电→光→电的转换，实现控制中心与控制节点之间远距离双向通信。

每1个闸门各自成为1个独立的控制单元，在上位机的控制界面上每1个闸门对应1个上升按钮和1个下降按钮，分别发送上升开、上升停、下降开、下降停等控制信号，同时每1个闸门的状态信号（如开度、荷重值）上传到控制中心，在上位机的控制界面上显示。

2.3 辅助监视装置

在每1个闸门处安装1个摄像头,并将图像通过光缆传送到监控中心,通过实时图像及时观察闸门的动作情况，使操作者如临现场，确保系统工作的安全性。

3 自动化控制系统实现的功能

3.1 现场手动操作

操作员能够通过闸门控制柜上相应按钮或开关，直接通过闸门控制柜控制闸门启闭机运行，并通过人工观测或通过现场控制单元采集并显示的开度信息，控制闸门到达所需位置。

3.2 现场自动控制操作

首先将控制柜上的手动/自动旋钮旋到自动的位置，然后设置闸门开度到达位置的预定数值，当闸门上升或下降到预定位置时闸门自动停止。

3.3 报警和紧急处理

在闸门运行过程中通过现场控制单元实时监测设备运行状态，一旦系统发生故障，立即报警并能够及时处理，终止当前运行。包括下列几种情境：

一是当开度值≥上限设置值时，上限继电器动作。

二是当开度值≤下限设置值时，下限继电器动作。

三是当荷重≥对应的110%设置值时，110%继电器动作（报警）。

四是当荷重90%值＞对应的90%设置值＜110%设置值时，90%继电器动作（预警）。

五是当荷重≤对应的欠载设置值时，欠载继电器动作。

3.4 远程监控

在软件的支持下，通过在控制中心计算机屏幕上点击模拟按钮（上升/下降）向远处的闸门控制装置发送开启或关闭指令，并且实时将远方被控闸门的运行状态（开度值）反馈到控制中心，并以图形、表格、文字形式实时地、动态地在屏幕上显示各闸门的运行状态。如图1所示。

图1 远程监控图

操作时，首先在电脑屏幕上观察开度当前值，来确定闸门上升或下降的高度，然后用鼠标在电脑屏幕上按住三角形滑块，在标尺上上下拖动，来设定闸门上升或下降到的位置值，最后用鼠标点击屏幕上的上升或下降按钮，闸门就会按照指令动作，同时闸门开度的当前值显示在屏幕上，当上升或下降到设定值时，在软件的驱动下停止上升或下降的动作，一次操作即完成。例如：当前闸门开度为1 m，如果想让闸门开度为2 m，则拖动滑块使开度设定值为2 m，此时点击上升按钮（点击下降按钮无效），闸门就会自动上升到2 m处自动停止；如果需要进行第二次操作，需要重新设定闸门的开度值，然后按上述步骤重复进行。

3.5 档案查询

系统将自动记录当前闸门的所有状态及发生时间,并自动建立各种档案，日后查询时能够自动生成报表或各种曲线，快捷、方便、直观地显示出各种数据的实时值和变化规律，为人们提供科学研究、科学管理的依据。具体包括：

3.5.1 状态查询

状态查询主要用于查询各个时期的状态变化，如：各个闸门的荷重、开度、流量、工作电压、电流、闸前闸后水位状态以及闸门状态发生变化的时间等。

3.5.2 操作查询

操作查询模块主要对闸门的具体操作情况，如：上升、下降、暂停及具体操作人、操作时间等的查询。

3.5.3 故障查询

系统按时间顺序自动记录运行期间的各种故障。如过载、超限等。

3.6 系统的安全防范

为了防止非工作人员操作本系统，采用的方法是增加操作步骤，即增加操作难度，相当于设定了一个密码。具体方法是：现场控制：第一，在控制柜面板上安装两个旋钮，一个为手动/自动,一个为本地/远程,通常情况下，本地/远程旋钮放在“远程”档位（空档位），并且这两个旋钮不做标识，只有工作人员知道，使非工作人员操作难度增大；第二，电动机电源增加了一个按钮控制，只有电动机电源按钮处于接通状态下，其他操作才有效，否则无效。远程控制：第一，在电脑屏幕上的按钮，只有输入密码，登录后才有效，否则均不能进行任何操作；第二，在电脑屏幕上对应于每一个闸门增加一个按钮，这个按钮一般放在屏幕边缘，且不做任何标识，开机默认为断路状态，只有这个按钮处于接通状态，其他按钮的操作才有效，这样形成第二道防线，可以有效地防止误操作或非法操作。

4 运行检验

鄢陵县引黄调蓄工程中闸门自动化远程控制系统自2014年3月运行以来，不断征求各方面的意见，协同施工单位经反复调试、优化，使系统性能更加优良、功能更加完善,并经连续不间断地运行，使控制系统更加稳定，得到了有关专业人士的认可，经河南省电子产品质量监督检验中心检验合格。

闸门自动化远程控制技术在鄢陵县引黄调蓄工程中的成功应用，为鄢陵县水利信息化建设积累了经验，将这些技术为今后应用到节水灌溉、饮水安全、水资源管理等方面积极创造条件，，使鄢陵县水利信息化建设上升到新的高度。