浅谈姜唐湖进洪闸自动化控制系统改造

陈乃庚

（安徽省临淮岗洪水控制工程管理局 合肥 230088）

1 引言

自动化控制系统是集自动测报、自动监控、通信、计算机网络、数据库、专业数学模型、系统集成等高新技术于一体的以现代化的信息采集系统为基础、通信与计算机网络系统为保障，信息管理和决策支持系统为核心的一项规模庞大、结构复杂、涉及面广、建设周期较长的信息系统工程。利用通信、计算机、程控交换、图文视讯与遥测遥控等现代科学技术，配置相应的硬、软件设施，先后建立通信传输、计算机网络、信息采集与视频监控等系统，实现了水情、工情信息的实时采集，水工闸门的自动控制，作业现场的远程监视等。对于水闸而言，水闸自动化建设是实现 “智慧水闸”的基础与前提。

2 工程概况

2.1 姜唐湖进洪闸概况

姜唐湖进洪闸是姜唐湖行洪区的进洪口门，建于2003年4月，2005年5月完工。姜唐湖进洪闸为1级建筑物，共14孔，单孔净宽12m，底板高程19.70m，设计流量2400 m3/s。

2.2 自动化控制系统存在的问题

上位机远程控制系统建设运行至今已有10余年，由于数据库及LCU工作站存在无规律故障点，导致运行不稳定，经常出现启闭闸门动作执行异常、网络通讯报错的情况，经反复检查发现软硬件的整体架构设计存在缺陷，计算机发出开闸命令后，现地设备经常出现不响应或者响应后不能正常停止闸门动作，在操作中存在很大的安全隐患。只有多次进行无规律故障点排除，但无法从本质上解决问题。

现地LCU控制单元柜通讯异常、具体工作量报错、控制闸门动作异常，问题表现为：（1）部分 PLC经常出现报错、死机的情况，与仪表通讯时常发生错误。（2）电气元器件设备老化。中间继电器等元器件经常误动作。（3）控制柜内部分元器件和端子接线老化，接触不良。（4）14孔闸门本地均未安装视频监控系统，远程及现地操作均不能直观观察到闸门的运行情况，存在安全隐患。

3 改造方案及实施

姜唐湖进洪闸自动化控制系统改造工程在立项、设计、建设、施工过程中，是按照高起点、高标准、严要求、5年不落后的原则建设实施的。对各系统的部分软硬件进行了升级改造，并对各子系统进行了集成，建成了防洪综合自动化系统。在管理、运行、维护方面配备了专职操作、维护及管理人员。通过改造，该水闸自动化工程将达到集工情信息采集、传输、存储、处理与防洪调度为一体的自动化控制系统工程。

3.1 系统拓扑图

借助水闸自动化监测与控制系统，通过网络在监控中心软件可远程监测水闸设备运行状态、工情远程开/关闸门、控制闸门开度。系统拓扑图见图1。

3.2 系统功能

闸门现地控制系统：现地动力柜面板上设有启闭控制按钮、指示灯、现场和远控切换旋钮、急停按钮、开度仪指示器、电压电流表等操作及显示装置。

上位机控制系统：控制闸门的开到位、关到位、闸门开度；监测闸位；瞬时流量，累计流量；每个启闭机的运行状态、单相电流、三相电压。控制界面中不仅以模拟闸门的形式显示单孔闸门的相对位置,并以实时监控画面的方式显示闸门位置，同时以数值显示闸门开度值。

工业视频监视系统：共由14台枪式摄像机系统组成，每扇闸门分别设置一台固定式摄像机，监视每扇闸门运行情况。

大屏幕显示系统：通过高性能的拼接处理器和指挥终端，控制和管理各种输入输出信号源和显示方式，让拼接墙按要求进行展示。

3.2.1 闸门现地控制系统

闸门现地控制系统由5套LCU控制柜和5套现地动力柜组建而成，其中LCU控制柜由1套施耐德PLC、开关电源、交换机、中间继电器等通信功能元器件构成；现地动力柜由断路器、接触器、热继电器、中间继电器等元器件构成，开度仪外接启闭机上的格雷码光电全量程式闸位计，闸位计通过链条链轮与启闭机变速箱轴柔性连接。

LCU控制柜能够响应监控中心站的闸门控制指令，完成闸门启闭工序；闸门启闭过程的越限、卡死、电机过流故障保护；现场显示实时电量、闸位数据；采集现场的闸位、电量等信息向中心站发送；支持现场计算机网络通讯等。

3.2.2 工业视频监视系统

工业视频监视系统由摄像、传输、显示及控制等四个主要部分组成。主要用于监视每扇闸门的运行情况。系统具有以下特点：（1）全天候实时监视各闸门运行状态，并提供24h录像功能；（2）监控中心设置若干监控管理终端，可对系统内每个摄像机的画面调用和控制；（3）画面监视、多画面分割和画面切换，可以对不同监视点进行实时监视和切换；（4）事件联动告警功能，当发生抢劫等危险情况时，视频监视系统通过与报警系统联动，可实时报警到监控中心，并能自动记录事发时的现场情况；（5）画面记录、事件查询、回放功能，结合画面记录、回放功能，可对事发现场情景进行回放；（6）系统具有可扩展的空间，同时考虑远程浏览功能，视频图像预留网络接口，可供上级管理部门实时调用和查看。

3.2.3 上位机控制系统

闸门控制中心设备布置在中央控制室，系统采用双计算机系统，互为冗余备用，能够实现无间隔切换；控制系统分设主控级和现地单元控制级，监控系统上位机与现地LCU之间采用星型以太网连接。同时具有丰富的语音提示，系统应具有下列功能：数据采集与处理、安全运行监视、实时控制和调整、监视、记录、报告、事故追忆和相关量记录、正常操作指导和事故处理操作指导、数据通讯、屏幕显示、闸门设备运行维护管理、系统诊断、软件开发、仿真培训、其他等。

3.2.4 大屏幕显示系统

大屏幕显示系统由55英寸显示屏作为拼接单元，结合定制的专业拼接架，以落地的安装方式进行拼接墙的建造。

该拼接显示墙由6套55英寸显示单元组成，组合方式为2×3 （行×列）。显示部分主要由显示单元、处理器、相应的信号源设备组成，系统显示方式和信号源管理由处理器完成，控制整个显示系统的按需显示。每个显示单元都与拼接处理器的对应输出通道联接；拼接好的显示墙可以经由拼接管理软件控制实现多种显示方式。其操作均在控制电脑后台完成，显示屏上不会显示各种控制界面。监控设备将视频信号通过统一编码处理后，通过专线网络传输，由于同一网络内传送的信号数量较多，因此需通过网络交换机进行多线路连接，解码后的视频信号将通过后台处理软件进行控制，实现多画面、单画面、放大缩小等显示。

3.3 .监控软件

3.3.1 单闸门运行监视

界面中不仅以模拟闸门的形式显示单孔闸门的相对位置,并以实时监控画面的方式显示闸门位置，同时以数值显示闸门开度值,在输入口令正确的情况下，可用键盘设定升/降预置值，并用鼠标点击相应控制按钮，控制该闸门上升或下降至设定的开度值。

3.3.2 成组闸门运行监视

界面中以模拟闸门的形式显示成组闸门的相对位置,并以数值显示闸门开度值,可显示实际闸门监控图像。系统根据设计要求，成组控制闸门启闭。在输入口令正确的情况下，可用键盘设定升/降预置值，并用鼠标点击相应控制按钮，控制该闸门上升或下降至设定的开度值。

3.3.3 闸门群控运行监视

界面中提供了所有水闸的闸位状态、机组电气状态等信息，也能够通过此界面对闸门进行任意控制，根据用户提供的闸门群泄洪数学模型，系统自动对闸门进行群控，保证完成本闸门群的分洪流量。

4 结语

通过对姜唐湖进洪闸自动化控制系统的改造，增加闸门摄像机监控，并将实时视频画面嵌入到上位机操作系统中，提高了计算机远程操作的安全性。增加大屏显示系统，能直观清晰地监视整个水闸周围的情况。增加对工程设备设施进行现地、远程的自动控制，实现了“无人值班，少人值守”的功能要求。经过实际运行检验，系统稳定可靠，成效显著。姜唐湖进洪闸自动化控制系统改造的实践和应用，使该闸管理的现代化向前迈进了一步，并且对类似工程有参考借鉴意义■