拦河坝水闸自动化监控系统的探讨

姚海军

(江西省赣抚平原水利工程管理局，南昌 330096)

拦河坝水闸自动化监控系统的探讨

姚海军

(江西省赣抚平原水利工程管理局，南昌 330096)

随着计算机技术以及数字控制等技术的快速发展，对我国水利工程项目的控制系统也取得了长足进步。拦河坝在我国的水利工程系统中占据有重要的地位，水闸作为拦河坝工程的关键项目，对水库的蓄洪、泄洪等主要功能有重要的控制作用，除此之外，还具有对蓄水发电和灌溉的多种功能，采用自动化的监控系统对拦水坝的水闸工作进行智能化的管理是水利工程管理的必然趋势，为此，文章针对水闸自动化监控系统的发展概况进行总结，并阐明水闸自动化监控系统的组成，总结水闸自动化监控系统中的关键设计。

拦河坝水闸；监控系统；自动化；探讨

0 引 言

计算机技术以及数字控制技术的发展推动了水利工程的建设与运行，在水利工程中拦河坝的水闸是一项较为关键的项目，对泄洪、蓄洪、灌溉、发电等都有重要的作用，对水闸的运行状况采用自动化监控系统，是保证水闸运行状况良好的必然趋势和要求，为此文章针对拦河坝水闸的自动化控制系统的发展趋势进行总结，并对水闸自动化监控系统的组成进行说明，总结其中的关键设计。

1 当前水闸自动化监控系统的发展概况

当前的水闸自动化监控系统主要采用的是分布式控制系统结构(DCS)，这种结构水闸运行的自动化较强，设备具有相当的可靠性。但拦河坝的工作环境受到多种因素的影响，使得自动化监控系统的各种设备如液压系统、传感器装置等在较为复杂的工作环境中元器件的老化速度加快，误动、拒动等异常状况屡见不鲜，同时由于信息没有进行数字化的转换和存储，导致集控系统的平台上缺乏对错误信息和运行健康状况的记录，[1]这不利于拦河坝水闸的良好运行。同时当前的水闸监控系统采用的是事后维修或者定期检修的保养方式，对于技术的管理相对缺乏，整个系统的设计和固化等不够合理。

因此未来拦河坝水闸自动化监控系统的发展方向是将控制、维护、技术管理等系统集合形成一体化的水利自动化系统，提高水利闸门监控的自动化和准确性、可靠性，在保证控制命令正确执行和管理人员不断精简的基础上，利用先进的计算机技术、通信网络技术以及自动化监控技术，形成能够对现代水利闸门进行维护、修理、技术管理的综合系统，以高调度的运行响应速度和能力，促进拦河坝水闸自动化运行的效率，发挥其在生产建设中的积极作用。

2 水闸自动化监控系统的组成

当前水闸自动化监控系统主要分为三大类：以工控机为核心的集中控制系统、以微控制器为基础的集散控制系统、基于PLC的分布式水闸群控制系统。文章针对第三种水闸自动化监控系统的工作原理进行分析阐释。[2]

水闸管理调度的自动化系统进行工作，是将各种遥感测控技术、通讯技术、计算机技术和相关专业的系统软件编程等系统结合起来，实现对水闸运行状况的控制和监测，并根据实际的水闸运行情况，进行水利工程运行方案的调整。在大型树立工程中应设置水闸管理的总站，各个分站再设置中央监控室，监控室下又设置现场工作站。各分站的闸门监控自动化管理系统主要包括2部分：①计算机监控系统；②图像监控系统。闸门监控系统的拓扑图如图1。

图1 闸门监控系统拓扑图

2.1 计算机监控系统

计算机监控系统由中央控制室和现场工作站组成。其中中央控制室能够通过网络接口和网络线对现场工作站的可编程序控制器PLC的工作情况进行实时的监控，而现场的工作站的主要构成设备包括可编程控制器、上位计算机以及现场检测的仪表和故障报警装置等。其中可编程序控制器PLC的主要职能是对现场闸门的运行参数以及设备状况进行控制，再通过RS232或者RS485等通信串行口将数据上传，并在计算机上显示出来帮助工作人员进行操作决策的参考。

2.2 视频监控系统

为了充分掌握水闸群的各项运行状况，对闸室内外的船只进行了解，闸区内一般采用了覆盖式的监控方式。对闸区进行覆盖式的监控，主要通过在分站内转配图像监控系统的各种设备，如摄像机、监视器、视频切换器、汉字字符发生器、数字硬盘机等。而视频监控系统也主要分成2部分：①对现场情况进行显示和记录的控制设备、显示设备；②前置摄像头，前置摄像机能够将拍摄的图像信号转换成视频信号，将闸区内的运行情况通过视频切换器传输给监控器的图像显示系统，并叠加相应的汉字，再由视频分配器将内容产传送给数字硬盘录像机[3]。如图2所示。

3 水闸自动化监控系统的设计关键

3.1 全自动动能控制和辅助手动控制

在PLC监控系统和视频监控系统中，对船闸进行智能的全自动控制主要是通过以往各水闸的经验所编制的控制程序控制运行的，其中水闸的开关有定时与电动两种方式，如果采用全自动的计算机控制方式，则由PLC对闸室内外的水位和机电设备的运行状况进行检查，在各种关闸调价满足时PLC对闸室外的水位进行再次检测，并提前以语音的形式对闸室内的船舶进行通知，进行3-5次的安全提示，此时中央控制室内的操作人员对视频监控系统传输的画面进行观察，保证PLC启动程序的有效。PLC在进行关闸操作时，对起闭机的电流、电压等进行监控，如果出现异常情况，则程序运行停止。如果没有异常情况的发生，则PLC控制闸门缓慢落下，在闸门完全关闭时发出关注的信号，PLC控制起闭机停止工作，闸门关闭操作结束。在进行开闸操作时，PLC根据已经设定好的经验开启允许范围内的闸门，在内外水闸都处在允许的水位值范围内时，可以进行以此开闸到位的操作，如果水闸内外的水位差超出了设定的范围，则开闸过程应分成几次进行，闸门的提升次数和水位差形成正比。

而点动方式是通过现场工作人员进行手动的控制，用鼠标在计算机的图像上进行电控，实现开关闸的人工控制。

在节制闸智能全自动控制的实施过程中，应按照设定好的日期进行自动的饮水和排水，同时要对河面船只和漂浮物情况进行检测控制，保证水工建筑的安全性。

图2 水闸自动化视频监控系统

3.2 信息的收集与传输

进行现场水闸运行参数采集的设备是可编程序控制器PLC，PLC通过输入模块、水位变送器以及闸门开关设备等机械进行信号的连接，获取模拟量、开关量以及闸门开关状态等信号，并将其存储进数据库内，通过RS232或者RS485通信接口与上位计算机进行连接，并在以太网络中与主控室的注意进行连接，在接受数据采集的指令后，将已采集的数据信息发送到上位机中，并接受上位机的程序指令，进行输出模块的开关量调整控制闸门的开关操作。

3.3 远程控制的实现

主控室和各分站之间的通讯是通过宽带网进行联络的，各个分站将采集到的信息数据传输到总站的中央控制室中，再通过宽带网发布调度和运行指令，对区域的水闸开关情况进行实时监控。

3.4 系统保护措施

1)防雷电保护：针对水闸的实际情况采取防雷措施，可以通过安装避雷针、避雷带以及地网系统等；对动力设备进行防雷的处理，可以在电源总入口的三相动力线上安装“电源防浪涌保护器”，这种设备能够避免雷电直击或者雷电感应通过电源线进入控制系统；通讯和数据网络采取防雷措施，可以加装数据网络避雷器，并对室外的设备添加外壳和屏蔽罩，并采用可靠的接地方式。

2)接地保护：为降低控制系统受到的干扰，应减少控制柜和大地之间由电位差造成的干扰电流，为此应采取有效的接地方式，以降低干扰电流对电源和输入信号造成影响。闸门控制系统接地应遵循一点接地的原则，并保证信号地线和功率地线分开设置。

4 结 语

水闸自动化监控系统作为水利工程中的重要项目，对水利工程的运行起到了重要的作用，能够提高拦河坝工作效率，精简管理人员。当前的水闸自动化监控系统是由计算机控制系统和视频控制系统组成，在较为复杂的闸区工作环境中，存在着元器件老化迅速、误动传动现象发生频繁等问题，未来水闸自动化监控系统的发展方向是将检测、维修控制等功能集合成一体。而进行水闸自动化监控系统的设计时，应把握全自动和手动控制、信息传输、远程控制以及系统保护等要点，提高系统的抗干扰性能，保证水闸自动化监控的正常运行。

[1]宋春杰,王辉.水闸自动化监控系统的组成及关键设计[J].科技资讯,2012(17):33-34.

[2]吴仕盛.浅谈人和拦河坝水闸自动化监控系统[J].江西建材,2015(01):118.

[3]张俊嵩.水闸自动化监控系统的应用与管理研究[J].无线互联科技,2011(02):36-38.

TV66；TP277

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2017-09-16

姚海军(1967-)，男，江西南昌人，工程师。