自动监控系统在河道水闸防洪排涝中的应用实践思考

陈 恺

宜兴市公用事业管理局，江苏宜兴 214200

我国地质地形复杂，夏季有非常大的降雨量，降雨频繁，现有的防洪排涝管以及渠网等因为历史原因没有总体性规划，设备陈旧，闸站布置过于分散，雨量和水情监测往往通过人工方式，闸门的升降也需要人工，资料整理工作量大，一旦有暴雨或者大潮等情况出现，防洪排涝工作将处于十分被动地位。闸门属于水利系统中一项最为基础组成部门，在防洪抗灾中有着非常重要的价值和作用，对于防洪、工农业生产的保护等有非常大的积极作用。当前水闸闸控方式较为落后，自动监控系统的应用能够实现对这一问题的有效改善，改造之后水闸的启动和关闭可以远程集中控制，自动实现防洪、排涝等功能，提高水闸快速反应能力，使运行安全、可靠，将水闸工程效益充分全面发挥出来，更好地满足当前在河道水闸防洪排涝方面的实际需要，本文就此展开了研究分析。

1 自动监控系统设计原则

自动监控系统在布设方面，采取分层分布式监控系统，选择常规设备辅助控制，同时预留相应接口，方便设备之后的更新以及系统的拓展。

1.1 开放性与标准化原则

选择开放性网络体系，通过标准化体系完成图像采集与视频处理。系统中多媒体管理设备以及相关视频处理和传输设备的选择，以国际化标准产品为主。

1.2 实用性与先进性原则

选择当前较为成熟的自动化控制、计算机技术、视频处理技术等先进技术，在多媒体管理方面，选择当前先进的多媒体管理系统，保证能够跟上国际上相关技术发展脚本。

1.3 经济性和可扩展性原则

多媒体管理设备和通信设备的选择，选择性价比高设备，且更新换代方便，最大限度节约原有设备和软件更换方面的投资和花费。

2 自动监控系统结构

2.1 计算机网络子系统

计算机网络子系统中包含整个计算机局域网服务器，能够有效执行计算机网络控制管理中心、调度中心以及上级水利单位所发布的任务和指令。中心站在各个系统调度方面发挥出控制和管理作用，实时监控闸控全过程，保存相关视频图片资料，实现远程遥控以及遥测等。中心站、闸站等之间的连接利用光线形成一个完整的局域网，可以利用计算机实现对整个系统闸门状态以及视频画面监控，实现信息的共享和传递。

2.2 视频监控子系统

该子系统主要是采集所有视频信号，通过相关软件处理，将其转化为现场图像，实现对设备运行状况的监视，具备水位监测、设备运行监测等功能，保证闸门启停过程中的安全性。另外，还能够实现对闸室周边区域动态情况的实时监测，重点观察部门关键性位置，不仅能够控制前端一路图像，同时还能将多路图像清楚地显示在监视屏幕，实现集中控制。

2.3 闸门监控子系统

闸门监控制子系统的布置选择分层分布式结构，包含集中控制单元、现地控制单元两部分，其中，集中控制单元作为主控制级，布置在分中心站，包含闸站所有功能，比如控制闸门升降，闸门开度显示等，能够实现对现场设备显示、控制、运行、报警等不同操作的控制。每个闸站的现地控制单元与现场控制层相对应，具备能够独立运行PLC系统，控制闸门的启停，现场控制层还配置有现地操作屏，主要用来实现对设备运行状况的实时监控。现场控制层与闸门运行的连接通过输入/输出接口方式实现，通过通讯接口实现信息交换，操作人员根据相关操作指令在监控室控制闸门运行。现场控制单元与主控制层之间相互独立，不需要经过主控制层实现各类运行数据的采集和处理、设备的控制和调整、设备运行监视等功能。网络连接未发生异常，操作人员可通过监控系统实现对闸门的集中控制；网络连接出现故障时，操作人员可通过现场PLC系统操作控制闸门完成相应指令，如果PLC面板同样出现故障，可以采取人工控制方式控制闸门动作。

3 运行控制方式

闸门监控运行控制方式包含主控制级和现地控制级两个不同等级，其中，主控制级主要是指操作人员在中心站等通过计算机操作下达指令，通过计算机监控系统实现对各个闸门运行方式的自动控制，或者采取分步执行方式，每一级的完成需要经过操作人员确认，之后可进入下一级操作；现地控制级主要是在主控制级以及网络有故障情况出现后，操作人员通过人机操作界面实现对闸门运行状况的控制。

4 系统主要功能

4.1 控制与调节功能

第一，操作人员可以通过计算机操作实现对控制对象的调节和控制，包含闸门控制方式选择、闸门启停等，能够使设备自动完成开机、关机等操作，灵活调整阀门开度。利用监控室LCD屏幕，显示闸门位置以及开度相关信息，配置自动报警指示灯和升降等操作按钮。

第二，现地控制单元既可以受到主控制级控制，执行相关指令，同时还能实现实时操作。现地控制单元在显示“远程”位置时，智能通过主控制级控制，在显示“现地”位置时，只能够通过现场控制，两个控制级之间信息的传递不受影响。

4.2 数据采集与处理功能

采集输入模拟量、电气量等相关数据，经过处理后显示，具体功能体现在以下四个方面：

第一，现场控制单元，主要采集控制对象的各类模拟量、开关量等信息，以此变换工程量，上传主控制级后显示在现地；第二，主控制级在受到现地控制单元相关控制信息后，保存至实施数据库，以此进行故障分析、控制调节等。按照周期性规律进行数据采集，操作人员在相应时间范围内下达数据采集指令，现场控制单元相应的输入相关数据信息；第三，现地控制单元可以将采集的相关报警信息上传至主控制级，同时还能在现地实现显示以及报警等功能，当有故障或事故发生时，能够自动采集事故相关数据，结合数据发生顺序清楚记录事件发生时间以及事件性质；第四，主控制级，主要是对现地控制单元相关信息数据展开分析和计算，控制数据传输误差，生成实时数据库和历史数据库，包含闸门状态、水位状态等，方便管理人员检索和打印。

4.3 切换和数据通信功能

第一，选择Windows7操纵系统，设计简单明了的人机交互界面，能够实现对多个画面的简单显示并随时切换，画面切换以及数据刷新时间能够控制在2s以内，单元控制器在接收到运行操作指令后，整个单元控制器的应答时间不会超过3s。

第二，操作效果能够直观展现，操作人员能够在线完成参数的修改以及相关数据查询，每个操作对象有相应的操作面板，通过口令验证后即可操作，能够避免发生误操作。

第三，数据传输通过光纤方式，实现主控制级和现地控制单元之间通信，接受上级部门的调度和控制，将水闸等数据信息发送至上级部门。

4.4 运行监控和事件报警功能

第一，能够显示闸站电气以及设备状态，运行人员可通过LCD界面完成对各项运行情况的实时监视，包含闸门开度、水位、故障情况等。

第二，能够将各闸站运行信息和相关参数通过数字、图形、曲线、表格等不同形式图像直观显示，通过LCD实现闸站运行的全程监视，将相关操作参数以及状态方面变化情况显示出来，另外对复限参数自动显示处理，同时显示重要数据的存储和使用情况。

第三，现场控制单元还能够自动诊断系统硬件以及软件方面情况，及时向主控制级发送故障信息，并报警。

第四，设备故障保护设置的启动和闭合，比如闸门闭合以及上升等方面故障，启动相关量分析，明确故障原因，自动断电报警，报警时间的产生到显示能够控制在3s以内。

5 自动监控系统在河道水闸防洪排涝中的应用

自动监控系统建成并运行后，取得了非常好的应用效果，系统稳定可靠，闸门控制精确快速，符合当前城区排涝实际需要。同时还能实现对闸门的集中、远程监控，美化水生态环境，减轻工作人员劳动强度，提高工作效率。

6 结语

自动化监控系统在河道水闸防洪排涝中的应用属于一项复杂的系统性工程，需要将整个系统各个硬件、软件、网络结构等元件有效结合在一起，综合多个方面因素分析考虑，充分发挥计算机、网络、抗干扰等技术的价值和作用。自动化监控系统在建成并运行以来，性能稳定，运行状态良好，能够通过计算机远程控制，实现对局部河段汛期水位准确监测，实现防洪、排涝等的自动化集中控制，通过远程调度，高效完成河道水闸运行和管理，取得了非常好的经济效益和社会效益。