开泰闸自动化控制系统综述与研究

高德应 傅贵丽

【摘要】开泰闸是连云港市海堤达标工程项目中一座重要的中型涵闸，位于海滨新区海堤堤线上，设计流量232m3/s。该闸具有防洪、排涝等功能。随着计算机网络、传感器、机电设备结合的自动化技术的迅猛发展，对水利水情的监控和管理方式逐渐由原始的单一的现场、手动集中控制转变为分布式的、多技术结合的包含远程控制的的现代化的综合性控制系统。本文就水利系统中一开泰闸使用的国电南京自动化股份有限公司开发的自动化控制系统的硬件组成结构进行了分析，对这种硬件构成方式的性能特点进行了总结和归纳，重点就调度系统中各子系统的功能和实现方式进行了阐述和研究。

【关键词】自动化；控制系统；水闸

中图分类号：TV66文献标识码A文章编号1006-0278（2015）11-142-02

推动水利工程管理向信息化、自动化方向发展是水利现代化的发展要求。将计算机技术、网络通信技术、机械自动化技术、自动化技术以及多种软硬件控制技术相结合，可以有效实现对水利水情相关信息进行实时监测和调控，进而完成开泰闸工程的自动化管理和控制。

一、自动化管理系统组成

为满足基本的自动化控制要求，目前应用于开泰闸水利工程管理系统中的自动化控制系统由一个监控中心配合多个终端站实现。其中，监控中心配备运算能力较强的工业计算机（南瑞）和相关数据通信设备；WebAccess V7.0和SQ数据库实现数据处理功能，终端站可以配备以PLC为核心或者单片机为核心的数据处理系统，同时配合使用多种传感器、数据采集设备、数据通信设备等实现与上位机的通信。为保证系统运行可靠性和数据准确性，应该在监控中心中配置山特UPS电源，在终端站配置蓄电池。系统可完成的功能有：（1）计算机远控操作闸门（2）水位实时数据存储（3）数据处理，该部分功能由监控中心的软硬件设备协作完成。（4）数据采集和指令执行，该部分功能由布置于水利调度系统终端的传感器与执行设备完成；（5）数据传输，该部分功能由各通信设备完成；

二、自动化系统的特点

水利自动化系统通常由多个远端监测点组成一个网络平台，利用监控中心对平台各终端进行信息采集、数据处理以及决策制定。我闸使用的自动化系统包括操控子系统、监控子系统、采集子系统、视频监控子系统、通信子系统等几部分子系统，其特点如下：

（一）实用性强

该系统的操作终端可以通过WEB浏览器等实现，方便管理人员不在监控中心时，通过远程访问的方式登录管理系统，根据权限进行系统设定和功能使用。也可以实地在控制中心直接登录，操作整个系统。

（二）功能模块可扩展

系统若需要进行扩容只需要通过相应的扩容端口进行新接入设备部署即可，不需要进行大范围的系统调整。国电南京自动化股份有限公司开发该系统，充分考虑了未来水利自动化发展的大趋势，为该系统进一步的扩展和性能提升提供了充足的空间。

（三）數据采集完整性强

由于采用了多种传感器设备对模拟量进行信息采集，故本自动控制系统可以将模拟信息转换为精确的数字信息，便于数据处理和分析。

（四）管理层次清晰

整个自动控制系统提供了完善的用户管理、系统配置、运行状态监测、历史记录等功能，利用这些功能可以简化作业流程，明确管理权限，为系统制定合理的运行策略，维持整个系统的稳定运行。同时历史记录等功能还可以对控制系统的每个操作进行记录，便于后期检索和系统修正，为警报或故障原因的查找提供数据支持。

三、各子系统功能实现

（一）防办及管理所调度中心

应用自动控制系统可以实现水利调度中心的无人值守。具体实现方式为，在自动控制系统中对水利信息采集系统、闸门监控系统、视频监控系统、数据库备份系统等不同系统中的参数进行设定，同时制定相应的执行策略，只有满足条件时，系统才会启动运行。通过上述操作可以对我闸上下游水情调度过程中的水位、流量等参数进行实时监测，并监测数据修正系统运行状态，如放水水量、时间等；对闸门进行远程控制，设置开启高度，开启闸门序号，设置安全防护参数，开启只有满足开启条件时才能够开闸放水，当放水完毕后可以远程控制关闭闸门；对整个水利调度过程中的重点位置添加7处视频监控，确保水利控制调度的准确性、安全性以及可靠性；最后还能对系统运行过程中产生的数据进行备份，操作日志的自动登记，以备后期检索和总结。

（二）现场PLC控制系统

现场PLC控制系统主要安装在启闭机房内，与启闭机电器控制柜进行连接，由工业计算机和网络构成的通信系统与上位机进行数据通信获取对闸门的控制指令，进而对闸位信息、电量电压信息、水位信息等进行控制，实现远程自动化操作。同时，为保证系统的安全性和可靠性，增强系统操作的灵活性，可以在现场PLC控制系统中添加现地控制开关，便于特殊情况下进行现场控制，在特殊情况下，为保证安全而采取紧急操作的控制系统也在PLC控制系统中单独设置，不受其他系统干扰。

（三）水情信息采集系统

自动化控制系统运行的基础是对诸如水位、渠道流速等信息的实时采集和监测。这些信息可以通过安置于我闸各处环境中的传感器和数据采集装置获得。采集获得的数据被传送到数据中心进行处理和运算，系统根据运算结果控制闸门状态。

需要说明的是，对水位信息的采集是通过上下游超声波水位计完成的，需要根据实际情况进行零点调节和校正；对于闸体各部的扬压力由15套扬压力传感器共同组成，对于流速信息的采集是通过流速仪及其相关装置完成的，对于闸门开度、荷重等信息也直接通过闸门开度荷重仪显示并实时传输到控制中心服务器上。

（四）视频监控系统

在执行水利调度任务时，对重点检测位置一共安装定点摄像机5套，球形一体化摄像机2套，可进行24小时不间断监控，此时需要应用视频监控子系统。视频监控子系统中的摄像头可以对覆盖区域内的所有活动和环境变化进行图像采集，然后通过通信系统传递回监控中心，帮助监控中心管理人员对实际情况进行判断，进而根据判断结果制定操作策略。

（五）数据通信系统

鉴于整个开泰闸地处沿海，湿度大，盐分高，且风大，气候条件恶劣，故在建闸初期就将自动化系统所有管线预埋到位，并做了妥善保护。在实现终端与控制中心通信时，需要根据实际情况具体制定。在较远区域，对其进行的水利调度通过对闸门两侧的水位差进行控制实现的，故在该区域可以铺设有线通信网络。在室内区域通常环境较好，且不需要采集和显示多种数据，在该区域进行数据通信系统覆盖可以通过有线通信技术的方式实现，可以满足自动控制需求。

总之，在水利工程管理系统中应用自动化控制系统是今后水利工程的必然发展方向。自动控制系统利用计算机技术和现代通信技术构建了一个完整的，可实时通信和信息共享的操作平台，利用该平台可以改善工作人员的工作环境，满足水利调度系统运行中的参数实时监控需求，为整个水利调度过程的自动化、智能化创造了有利条件，提升了整个系统运行的可靠性、稳定性以及精确性，具有非常实际的应用意义。

参考文献：

[1]申林，徐丹.自动化系统在水闸工程应用中的问题与解决方法[J].小水电，2015（3）.

[2]陈健，杨玉岭.浅谈电气自动化技术在闸门及水库调度中的应用[J].中国水运（下半月），2015（6）.